(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
光学系によって結像された被写体像に基づく撮像信号を生成する電子内視鏡を有し、前記光学系を交換可能な挿入部と、
前記撮像信号に基づいて映像信号を生成する映像信号生成部と、
前記映像信号に基づいて前記光学系と前記挿入部との位置関係を検出する位置関係検出部と、
計測対象の被写体を撮像したときに検出された前記位置関係に基づいて、前記光学系の光学特性を示す情報を補正する光学特性補正部と、
補正された前記情報に基づいて、前記計測対象の被写体を撮像したときの前記映像信号に含まれる光学的歪みを補正する映像信号補正部と、
補正後の前記映像信号に基づいて計測処理を行う計測処理部と、を備え、
前記映像信号補正部は、画像において計測位置を含む所定領域に対応した前記映像信号の前記光学的歪みを補正することを特徴とする内視鏡装置。
【請求項２】
光学系によって結像された被写体像に基づく撮像信号を生成する電子内視鏡を有し、前記光学系を交換可能な挿入部と、
前記撮像信号に基づいて映像信号を生成する映像信号生成部と、
前記映像信号に基づいて前記光学系と前記挿入部との位置関係を検出する位置関係検出部と、
計測対象の被写体を撮像したときに検出された前記位置関係に基づいて、前記光学系の光学特性を示す情報を補正する光学特性補正部と、
補正された前記情報に基づいて、前記計測対象の被写体を撮像したときの前記映像信号に含まれる光学的歪みを補正する映像信号補正部と、
補正後の前記映像信号に基づいて計測処理を行う計測処理部と、
を備え、
前記位置関係検出部は、計測対象の被写体を撮像したときの前記映像信号に基づいて、前記光学系の所定の位置に形成された構造物を検出し、画像における前記構造物の位置に基づいて前記光学系と前記挿入部との位置関係を検出し、
前記構造物は、前記光学系に入射した光を遮光するマスクに形成されたマークであり、
前記挿入部を介して被写体に照射する光を発生する光源をさらに有し、
前記光学系は、前記光源からの光を前記マークに照射する構造を有する
ことを特徴とする内視鏡装置。
【請求項３】
光学系によって結像された被写体像に基づく撮像信号を生成する電子内視鏡を有し、前記光学系を交換可能な挿入部と、
前記撮像信号に基づいて映像信号を生成する映像信号生成部と、
前記映像信号に基づいて前記光学系と前記挿入部との位置関係を検出する位置関係検出部と、
計測対象の被写体を撮像したときに検出された前記位置関係に基づいて、前記光学系の光学特性を示す情報を補正する光学特性補正部と、
補正された前記情報に基づいて、前記計測対象の被写体を撮像したときの前記映像信号に含まれる光学的歪みを補正する映像信号補正部と、
補正後の前記映像信号に基づいて計測処理を行う計測処理部と、
を備え、
前記位置関係検出部は、計測対象の被写体を撮像したときの前記映像信号に基づいて、前記光学系の所定の位置に形成された構造物を検出し、画像における前記構造物の位置に基づいて前記光学系と前記挿入部との位置関係を検出し、
前記構造物は、前記光学系に入射した光を遮光するマスクに形成されたマークであり、
前記光学系は、前記マークに光を照射する光源を有する
ことを特徴とする内視鏡装置。
【請求項４】
光学系によって結像された被写体像に基づく撮像信号を生成する電子内視鏡を有し、前記光学系を交換可能な挿入部と、
前記撮像信号に基づいて映像信号を生成する映像信号生成部と、
前記映像信号に基づいて前記光学系と前記挿入部との位置関係を検出する位置関係検出部と、
計測対象の被写体を撮像したときに検出された前記位置関係に基づいて、前記光学系の光学特性を示す情報を補正する光学特性補正部と、
補正された前記情報に基づいて、前記計測対象の被写体を撮像したときの前記映像信号に含まれる光学的歪みを補正する映像信号補正部と、
補正後の前記映像信号に基づいて計測処理を行う計測処理部と、
を備え、
前記位置関係検出部は、計測対象の被写体を撮像したときの前記映像信号に基づいて、前記光学系の所定の位置に形成された構造物を検出し、画像における前記構造物の位置に基づいて前記光学系と前記挿入部との位置関係を検出し、
前記構造物は、前記光学系に入射した光を遮光するマスク上または前記マスクの近傍に配置された発光体である
ことを特徴とする内視鏡装置。
【請求項５】
光学系によって結像された被写体像に基づく撮像信号を生成する電子内視鏡を有し、前記光学系を交換可能な挿入部と、
前記撮像信号に基づいて映像信号を生成する映像信号生成部と、
前記映像信号に基づいて前記光学系と前記挿入部との位置関係を検出する位置関係検出部と、
計測対象の被写体を撮像したときに検出された前記位置関係に基づいて、前記光学系の光学特性を示す情報を補正する光学特性補正部と、
補正された前記情報に基づいて、前記計測対象の被写体を撮像したときの前記映像信号に含まれる光学的歪みを補正する映像信号補正部と、
補正後の前記映像信号に基づいて計測処理を行う計測処理部と、
を備え、
前記位置関係検出部は、計測対象の被写体を撮像したときの前記映像信号に基づいて、前記光学系の所定の位置に形成された構造物を検出し、画像における前記構造物の位置に基づいて前記光学系と前記挿入部との位置関係を検出し、
前記光学系はプリズムであり、前記構造物は、前記プリズムに形成されたマークである
ことを特徴とする内視鏡装置。
【請求項６】
光学系によって結像された被写体像に基づく撮像信号を生成する電子内視鏡を有し、前記光学系を交換可能な挿入部と、前記撮像信号に基づいて映像信号を生成する映像信号生成部とを備えた内視鏡装置を制御するコンピュータを、
前記映像信号に基づいて前記光学系と前記挿入部との位置関係を検出する位置関係検出部と、
計測対象の被写体を撮像したときに検出された前記位置関係に基づいて、前記光学系の光学特性を示す情報を補正する光学特性補正部と、
補正された前記情報に基づいて、前記計測対象の被写体を撮像したときの前記映像信号に含まれる光学的歪みを補正する映像信号補正部と、
補正後の前記映像信号に基づいて計測処理を行う計測処理部と、
として機能させるためのプログラムであって、
前記映像信号補正部は、画像において計測位置を含む所定領域に対応した前記映像信号の前記光学的歪みを補正する
ことを特徴とするプログラム。
【請求項７】
光学系によって結像された被写体像に基づく撮像信号を生成する電子内視鏡を有し、前記光学系を交換可能な挿入部と、前記撮像信号に基づいて映像信号を生成する映像信号生成部とを備えた内視鏡装置を制御するコンピュータを、
前記映像信号に基づいて前記光学系と前記挿入部との位置関係を検出する位置関係検出部と、
計測対象の被写体を撮像したときに検出された前記位置関係に基づいて、前記光学系の光学特性を示す情報を補正する光学特性補正部と、
補正された前記情報に基づいて、前記計測対象の被写体を撮像したときの前記映像信号に含まれる光学的歪みを補正する映像信号補正部と、
補正後の前記映像信号に基づいて計測処理を行う計測処理部と、
として機能させるためのプログラムであって、
前記位置関係検出部は、計測対象の被写体を撮像したときの前記映像信号に基づいて、前記光学系の所定の位置に形成された構造物を検出し、画像における前記構造物の位置に基づいて前記光学系と前記挿入部との位置関係を検出し、
前記構造物は、前記光学系に入射した光を遮光するマスクに形成されたマークであり、
前記挿入部を介して被写体に照射する光を発生する光源をさらに有し、
前記光学系は、前記光源からの光を前記マークに照射する構造を有する
ことを特徴とするプログラム。
【請求項８】
光学系によって結像された被写体像に基づく撮像信号を生成する電子内視鏡を有し、前記光学系を交換可能な挿入部と、前記撮像信号に基づいて映像信号を生成する映像信号生成部とを備えた内視鏡装置を制御するコンピュータを、
前記映像信号に基づいて前記光学系と前記挿入部との位置関係を検出する位置関係検出部と、
計測対象の被写体を撮像したときに検出された前記位置関係に基づいて、前記光学系の光学特性を示す情報を補正する光学特性補正部と、
補正された前記情報に基づいて、前記計測対象の被写体を撮像したときの前記映像信号に含まれる光学的歪みを補正する映像信号補正部と、
補正後の前記映像信号に基づいて計測処理を行う計測処理部と、
として機能させるためのプログラムであって、
前記位置関係検出部は、計測対象の被写体を撮像したときの前記映像信号に基づいて、前記光学系の所定の位置に形成された構造物を検出し、画像における前記構造物の位置に基づいて前記光学系と前記挿入部との位置関係を検出し、
前記構造物は、前記光学系に入射した光を遮光するマスクに形成されたマークであり、
前記光学系は、前記マークに光を照射する光源を有する
ことを特徴とするプログラム。
【請求項９】
光学系によって結像された被写体像に基づく撮像信号を生成する電子内視鏡を有し、前記光学系を交換可能な挿入部と、前記撮像信号に基づいて映像信号を生成する映像信号生成部とを備えた内視鏡装置を制御するコンピュータを、
前記映像信号に基づいて前記光学系と前記挿入部との位置関係を検出する位置関係検出部と、
計測対象の被写体を撮像したときに検出された前記位置関係に基づいて、前記光学系の光学特性を示す情報を補正する光学特性補正部と、
補正された前記情報に基づいて、前記計測対象の被写体を撮像したときの前記映像信号に含まれる光学的歪みを補正する映像信号補正部と、
補正後の前記映像信号に基づいて計測処理を行う計測処理部と、
として機能させるためのプログラムであって、
前記位置関係検出部は、計測対象の被写体を撮像したときの前記映像信号に基づいて、前記光学系の所定の位置に形成された構造物を検出し、画像における前記構造物の位置に基づいて前記光学系と前記挿入部との位置関係を検出し、
前記構造物は、前記光学系に入射した光を遮光するマスク上または前記マスクの近傍に配置された発光体である
ことを特徴とするプログラム。
【請求項１０】
光学系によって結像された被写体像に基づく撮像信号を生成する電子内視鏡を有し、前記光学系を交換可能な挿入部と、前記撮像信号に基づいて映像信号を生成する映像信号生成部とを備えた内視鏡装置を制御するコンピュータを、
前記映像信号に基づいて前記光学系と前記挿入部との位置関係を検出する位置関係検出部と、
計測対象の被写体を撮像したときに検出された前記位置関係に基づいて、前記光学系の光学特性を示す情報を補正する光学特性補正部と、
補正された前記情報に基づいて、前記計測対象の被写体を撮像したときの前記映像信号に含まれる光学的歪みを補正する映像信号補正部と、
補正後の前記映像信号に基づいて計測処理を行う計測処理部と、
として機能させるためのプログラムであって、
前記位置関係検出部は、計測対象の被写体を撮像したときの前記映像信号に基づいて、前記光学系の所定の位置に形成された構造物を検出し、画像における前記構造物の位置に基づいて前記光学系と前記挿入部との位置関係を検出し、
前記光学系はプリズムであり、前記構造物は、前記プリズムに形成されたマークである
ことを特徴とするプログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子内視鏡を用いて撮像した画像に基づいて計測対象物の計測処理を行う内視鏡装置、およびその動作を制御するためのプログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、電子内視鏡によって計測対象物（被検体）を詳細に調べるには、その計測対象物の位置を計測する必要がある。このような要求を満足するために、電子内視鏡を用いて、ステレオ計測により計測対象物の３次元計測を行う計測用内視鏡装置が開示されている（例えば特許文献１〜３参照）。
【特許文献１】特開平１０−２４８８０６号公報
【特許文献２】特開２００２−３４５７３８号公報
【特許文献３】特開２００４−４９６３８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
計測用内視鏡装置で撮像された画像には光学系による光学的歪みが含まれており、この光学的歪みを補正する必要がある。この補正には、光学系の光学特性を示す光学データが使用される。一方、計測用内視鏡装置には、計測対象物の内部に挿入する挿入部に接続する、光学アダプタと呼ばれる観察光学系を交換することが可能なタイプがある。このタイプの計測用内視鏡装置では、製造段階で光学データが生成される。
【０００４】
製造段階で光学データの生成時に製造者が使用する挿入部と、計測時にユーザが使用する挿入部とが異なる場合があるため、光学データの生成時と計測時とで同一の光学アダプタが使用されたとしても、光学アダプタと挿入部との位置関係が異なる場合がある。このため、ユーザ側では、光学アダプタと挿入部との位置関係に応じて光学データを補正した環境データが生成される。この環境データを生成するための一連の処理はキャリブレーションと呼ばれている。計測時には、環境データを用いて光学的歪みが補正される。
【０００５】
しかしながら、キャリブレーションでは画像処理が行われるため、キャリブレーションに時間がかかるという問題がある。そのため、通常、キャリブレーションを繰り返し行うことはせず、一旦生成された環境データが繰り返し使用される。しかし、計測時の光学アダプタと挿入部との位置関係が環境データ生成時の位置関係と異なっていると、計測精度が低下するという問題がある。
【０００６】
本発明は、上述した課題に鑑みてなされたものであって、計測精度の低下を防止することができる内視鏡装置およびプログラムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、上記の課題を解決するためになされたもので、光学系（後述するステレオ光学アダプタに対応）によって結像された被写体像に基づく撮像信号を生成する電子内視鏡を有し、前記光学系を交換可能な挿入部と、前記撮像信号に基づいて映像信号を生成する映像信号生成部と、前記映像信号に基づいて前記光学系と前記挿入部との位置関係（後述するマスク位置情報に対応）を検出する位置関係検出部と、計測対象の被写体を撮像したときに検出された前記位置関係に基づいて、前記光学系の光学特性を示す情報（後述する歪補正テーブルに対応）を補正する光学特性補正部と、補正された前記情報に基づいて、前記計測対象の被写体を撮像したときの前記映像信号に含まれる光学的歪みを補正する映像信号補正部と、補正後の前記映像信号に基づいて計測処理を行う計測処理部と、を備え、前記映像信号補正部は、画像において計測位置を含む所定領域に対応した前記映像信号の前記光学的歪みを補正することを特徴とする内視鏡装置である（後述する第９の実施形態に対応）。
【０００８】
また、本発明は、光学系によって結像された被写体像に基づく撮像信号を生成する電子内視鏡を有し、前記光学系を交換可能な挿入部と、前記撮像信号に基づいて映像信号を生成する映像信号生成部と、前記映像信号に基づいて前記光学系と前記挿入部との位置関係を検出する位置関係検出部と、計測対象の被写体を撮像したときに検出された前記位置関係に基づいて、前記光学系の光学特性を示す情報を補正する光学特性補正部と、補正された前記情報に基づいて、前記計測対象の被写体を撮像したときの前記映像信号に含まれる光学的歪みを補正する映像信号補正部と、補正後の前記映像信号に基づいて計測処理を行う計測処理部と、を備え、前記位置関係検出部は、計測対象の被写体を撮像したときの前記映像信号に基づいて、前記光学系の所定の位置に形成された構造物を検出し、画像における前記構造物の位置に基づいて前記光学系と前記挿入部との位置関係を検出し、前記構造物は、前記光学系に入射した光を遮光するマスクに形成されたマークであり、前記挿入部を介して被写体に照射する光を発生する光源をさらに有し、前記光学系は、前記光源からの光を前記マークに照射する構造を有することを特徴とする内視鏡装置である（後述する第２の実施形態に対応）。
【０００９】
また、本発明は、光学系によって結像された被写体像に基づく撮像信号を生成する電子内視鏡を有し、前記光学系を交換可能な挿入部と、前記撮像信号に基づいて映像信号を生成する映像信号生成部と、前記映像信号に基づいて前記光学系と前記挿入部との位置関係を検出する位置関係検出部と、計測対象の被写体を撮像したときに検出された前記位置関係に基づいて、前記光学系の光学特性を示す情報を補正する光学特性補正部と、補正された前記情報に基づいて、前記計測対象の被写体を撮像したときの前記映像信号に含まれる光学的歪みを補正する映像信号補正部と、補正後の前記映像信号に基づいて計測処理を行う計測処理部と、を備え、前記位置関係検出部は、計測対象の被写体を撮像したときの前記映像信号に基づいて、前記光学系の所定の位置に形成された構造物を検出し、画像における前記構造物の位置に基づいて前記光学系と前記挿入部との位置関係を検出し、前記構造物は、前記光学系に入射した光を遮光するマスクに形成されたマークであり、前記光学系は、前記マークに光を照射する光源を有することを特徴とする内視鏡装置である（後述する第３の実施形態に対応）。
【００１０】
また、本発明は、光学系によって結像された被写体像に基づく撮像信号を生成する電子内視鏡を有し、前記光学系を交換可能な挿入部と、前記撮像信号に基づいて映像信号を生成する映像信号生成部と、前記映像信号に基づいて前記光学系と前記挿入部との位置関係を検出する位置関係検出部と、計測対象の被写体を撮像したときに検出された前記位置関係に基づいて、前記光学系の光学特性を示す情報を補正する光学特性補正部と、補正された前記情報に基づいて、前記計測対象の被写体を撮像したときの前記映像信号に含まれる光学的歪みを補正する映像信号補正部と、補正後の前記映像信号に基づいて計測処理を行う計測処理部と、を備え、前記位置関係検出部は、計測対象の被写体を撮像したときの前記映像信号に基づいて、前記光学系の所定の位置に形成された構造物を検出し、画像における前記構造物の位置に基づいて前記光学系と前記挿入部との位置関係を検出し、前記構造物は、前記光学系に入射した光を遮光するマスク上または前記マスクの近傍に配置された発光体であることを特徴とする内視鏡装置である（後述する第４の実施形態に対応）。
【００１１】
また、本発明は、光学系によって結像された被写体像に基づく撮像信号を生成する電子内視鏡を有し、前記光学系を交換可能な挿入部と、前記撮像信号に基づいて映像信号を生成する映像信号生成部と、前記映像信号に基づいて前記光学系と前記挿入部との位置関係を検出する位置関係検出部と、計測対象の被写体を撮像したときに検出された前記位置関係に基づいて、前記光学系の光学特性を示す情報を補正する光学特性補正部と、補正された前記情報に基づいて、前記計測対象の被写体を撮像したときの前記映像信号に含まれる光学的歪みを補正する映像信号補正部と、補正後の前記映像信号に基づいて計測処理を行う計測処理部と、を備え、前記位置関係検出部は、計測対象の被写体を撮像したときの前記映像信号に基づいて、前記光学系の所定の位置に形成された構造物を検出し、画像における前記構造物の位置に基づいて前記光学系と前記挿入部との位置関係を検出し、前記光学系はプリズムであり、前記構造物は、前記プリズムに形成されたマークであることを特徴とする内視鏡装置である（後述する第５の実施形態に対応）。
【００１２】
また、本発明は、光学系によって結像された被写体像に基づく撮像信号を生成する電子内視鏡を有し、前記光学系を交換可能な挿入部と、前記撮像信号に基づいて映像信号を生成する映像信号生成部とを備えた内視鏡装置を制御するコンピュータを、前記映像信号に基づいて前記光学系と前記挿入部との位置関係を検出する位置関係検出部と、計測対象の被写体を撮像したときに検出された前記位置関係に基づいて、前記光学系の光学特性を示す情報を補正する光学特性補正部と、補正された前記情報に基づいて、前記計測対象の被写体を撮像したときの前記映像信号に含まれる光学的歪みを補正する映像信号補正部と、補正後の前記映像信号に基づいて計測処理を行う計測処理部と、として機能させるためのプログラムであって、前記映像信号補正部は、画像において計測位置を含む所定領域に対応した前記映像信号の前記光学的歪みを補正することを特徴とするプログラムである。
【００１３】
また、本発明は、光学系によって結像された被写体像に基づく撮像信号を生成する電子内視鏡を有し、前記光学系を交換可能な挿入部と、前記撮像信号に基づいて映像信号を生成する映像信号生成部とを備えた内視鏡装置を制御するコンピュータを、前記映像信号に基づいて前記光学系と前記挿入部との位置関係を検出する位置関係検出部と、計測対象の被写体を撮像したときに検出された前記位置関係に基づいて、前記光学系の光学特性を示す情報を補正する光学特性補正部と、補正された前記情報に基づいて、前記計測対象の被写体を撮像したときの前記映像信号に含まれる光学的歪みを補正する映像信号補正部と、補正後の前記映像信号に基づいて計測処理を行う計測処理部と、として機能させるためのプログラムであって、前記位置関係検出部は、計測対象の被写体を撮像したときの前記映像信号に基づいて、前記光学系の所定の位置に形成された構造物を検出し、画像における前記構造物の位置に基づいて前記光学系と前記挿入部との位置関係を検出し、前記構造物は、前記光学系に入射した光を遮光するマスクに形成されたマークであり、前記挿入部を介して被写体に照射する光を発生する光源をさらに有し、前記光学系は、前記光源からの光を前記マークに照射する構造を有することを特徴とするプログラムである。
【００１４】
また、本発明は、光学系によって結像された被写体像に基づく撮像信号を生成する電子内視鏡を有し、前記光学系を交換可能な挿入部と、前記撮像信号に基づいて映像信号を生成する映像信号生成部とを備えた内視鏡装置を制御するコンピュータを、前記映像信号に基づいて前記光学系と前記挿入部との位置関係を検出する位置関係検出部と、計測対象の被写体を撮像したときに検出された前記位置関係に基づいて、前記光学系の光学特性を示す情報を補正する光学特性補正部と、補正された前記情報に基づいて、前記計測対象の被写体を撮像したときの前記映像信号に含まれる光学的歪みを補正する映像信号補正部と、補正後の前記映像信号に基づいて計測処理を行う計測処理部と、として機能させるためのプログラムであって、前記位置関係検出部は、計測対象の被写体を撮像したときの前記映像信号に基づいて、前記光学系の所定の位置に形成された構造物を検出し、画像における前記構造物の位置に基づいて前記光学系と前記挿入部との位置関係を検出し、前記構造物は、前記光学系に入射した光を遮光するマスクに形成されたマークであり、前記光学系は、前記マークに光を照射する光源を有することを特徴とするプログラムである。
【００１５】
また、本発明は、光学系によって結像された被写体像に基づく撮像信号を生成する電子内視鏡を有し、前記光学系を交換可能な挿入部と、前記撮像信号に基づいて映像信号を生成する映像信号生成部とを備えた内視鏡装置を制御するコンピュータを、前記映像信号に基づいて前記光学系と前記挿入部との位置関係を検出する位置関係検出部と、計測対象の被写体を撮像したときに検出された前記位置関係に基づいて、前記光学系の光学特性を示す情報を補正する光学特性補正部と、補正された前記情報に基づいて、前記計測対象の被写体を撮像したときの前記映像信号に含まれる光学的歪みを補正する映像信号補正部と、補正後の前記映像信号に基づいて計測処理を行う計測処理部と、として機能させるためのプログラムであって、前記位置関係検出部は、計測対象の被写体を撮像したときの前記映像信号に基づいて、前記光学系の所定の位置に形成された構造物を検出し、画像における前記構造物の位置に基づいて前記光学系と前記挿入部との位置関係を検出し、前記構造物は、前記光学系に入射した光を遮光するマスク上または前記マスクの近傍に配置された発光体であることを特徴とするプログラムである。
【００１６】
また、本発明は、光学系によって結像された被写体像に基づく撮像信号を生成する電子内視鏡を有し、前記光学系を交換可能な挿入部と、前記撮像信号に基づいて映像信号を生成する映像信号生成部とを備えた内視鏡装置を制御するコンピュータを、前記映像信号に基づいて前記光学系と前記挿入部との位置関係を検出する位置関係検出部と、計測対象の被写体を撮像したときに検出された前記位置関係に基づいて、前記光学系の光学特性を示す情報を補正する光学特性補正部と、補正された前記情報に基づいて、前記計測対象の被写体を撮像したときの前記映像信号に含まれる光学的歪みを補正する映像信号補正部と、補正後の前記映像信号に基づいて計測処理を行う計測処理部と、として機能させるためのプログラムであって、前記位置関係検出部は、計測対象の被写体を撮像したときの前記映像信号に基づいて、前記光学系の所定の位置に形成された構造物を検出し、画像における前記構造物の位置に基づいて前記光学系と前記挿入部との位置関係を検出し、前記光学系はプリズムであり、前記構造物は、前記プリズムに形成されたマークであることを特徴とするプログラムである。
【００２１】
上記において、括弧で括った部分の記述は、後述する本発明の実施形態と本発明の構成要素とを便宜的に対応付けるためのものであり、この記述によって本発明の内容が限定されるわけではない。
【発明の効果】
【００２２】
本発明によれば、計測対象の被写体を撮像したときに検出された位置関係に基づいて、光学系の光学特性を示す情報を補正することによって、計測精度の低下を防止することができるという効果が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
（各実施形態の共通事項）
以下、図面を参照し、本発明の実施形態を説明する。まず、後述する本発明の各実施形態で共通となる計測用内視鏡装置の構成（図１参照）を説明する。図１に示すように、計測用内視鏡装置１は、内視鏡２と、コントロールユニット３と、リモートコントローラ４と、液晶モニタ５と、フェイスマウントディスプレイ（ＦＭＤ）６と、ＦＭＤアダプタ６ａと、光学アダプタ７ａ，７ｂ，７ｃと、内視鏡ユニット８と、カメラコントロールユニット９と、制御ユニット１０とから構成されている。
【００２４】
計測対象物を撮像し撮像信号を生成する内視鏡２（電子内視鏡）は細長の挿入部２０を備えている。挿入部２０は、先端側から順に、硬質な先端部２１と、例えば上下左右に湾曲可能な湾曲部２２と、柔軟性を有する可撓管部２３とを連設して構成されている。挿入部２０の基端部は内視鏡ユニット８に接続されている。先端部２１は、観察視野を２つ有するステレオ用の光学アダプタ７ａ，７ｂ（以下、ステレオ光学アダプタと記載する）あるいは観察視野が１つだけの通常観察光学アダプタ７ｃ等、各種の光学アダプタが例えば螺合によって着脱自在な構成になっている。
【００２５】
コントロールユニット３は、内視鏡ユニット８、画像処理手段であるカメラコントロールユニット（以下、ＣＣＵと記載する。）９、および制御装置である制御ユニット１０を内部に備えている。内視鏡ユニット８は、観察時に必要な照明光を供給する光源装置と、挿入部２０を構成する湾曲部２２を湾曲させる湾曲装置とを備えている。ＣＣＵ９は、挿入部２０の先端部２１に内蔵されている固体撮像素子２ａから出力された撮像信号を入力し、これをＮＴＳＣ信号等の映像信号に変換して制御ユニット１０に供給する。
【００２６】
制御ユニット１０は、音声信号処理回路１１と、映像信号処理回路１２（映像信号生成部）と、ＲＯＭ１３と、ＲＡＭ１４と、ＰＣカードインターフェース（以下、ＰＣカードＩ／Ｆと記載する。）１５と、ＵＳＢインターフェース（以下、ＵＳＢ Ｉ／Ｆと記載する。）１６と、ＲＳ−２３２Ｃインターフェース（以下、ＲＳ−２３２Ｃ Ｉ／Ｆと記載する。）１７と、計測処理部１８とから構成されている。
【００２７】
マイク３４によって集音された音声信号や、メモリカード等の記録媒体を再生して得られる音声信号、あるいは計測処理部１８によって生成された音声信号が音声信号処理回路１１に供給される。映像信号処理回路１２は、ＣＣＵ９から供給された内視鏡画像とグラフィックによる操作メニューとを合成した合成画像を表示するために、ＣＣＵ９からの映像信号を、計測処理部１８の制御により生成される操作メニュー等のための表示信号と合成する処理を行う。また、映像信号処理回路１２は、液晶モニタ５の画面上に映像を表示するために合成後の映像信号に所定の処理を施して液晶モニタ５に供給する。
【００２８】
ＰＣカードＩ／Ｆ１５は、ＰＣＭＣＩＡメモリカード３２やフラッシュメモリカード３３等のメモリカード（記録媒体）を自由に着脱できるようになっている。メモリカードを装着することにより、計測処理部１８の制御に従って、このメモリカードに記憶されている制御処理情報や、画像情報、光学データ等を取り込んだり、制御処理情報や、画像情報、光学データ等をメモリカードに記録したりすることができる。
【００２９】
ＵＳＢ Ｉ／Ｆ１６は、コントロールユニット３とパーソナルコンピュータ３１とを電気的に接続するためのインターフェースである。このＵＳＢ Ｉ／Ｆ１６を介してコントロールユニット３とパーソナルコンピュータ３１とを電気的に接続することにより、パーソナルコンピュータ３１側で内視鏡画像の表示の指示や計測時における画像処理等の各種の制御指示を行うことが可能となる。また、コントロールユニット３とパーソナルコンピュータ３１との間で各種の処理情報やデータを入出力することが可能となる。
【００３０】
ＲＳ−２３２Ｃ  Ｉ／Ｆ１７には、ＣＣＵ９および内視鏡ユニット８が接続されると共に、これらＣＣＵ９や内視鏡ユニット８等の制御および動作指示を行うリモートコントローラ４が接続されている。ユーザがリモートコントローラ４を操作すると、その操作内容に基づいて、ＣＣＵ９および内視鏡ユニット８を動作制御する際に必要な通信が行われる。
【００３１】
計測処理部１８は、映像信号処理回路１２から映像信号を取り込み、映像信号に基づいて計測処理を実行する。また、計測処理部１８は、ＰＣカードＩ／Ｆ１５を介してＰＣＭＣＩＡメモリカード３２やフラッシュメモリカード３３等のメモリカードにアクセスし、計測処理に必要な光学データをメモリカードから読み出す処理や、光学データから環境データを生成する処理等も実行する。
【００３２】
以下で使用する光学データは、観察光学系（ステレオ光学アダプタ内に設けられる対物光学系、ステレオ光学アダプタと挿入部２０との双方に設けられる光学系からなる像伝送光学系）の光学特性を示す下記の（ａ１）〜（ｄ）と、光学系と挿入部２０との位置関係を示す下記の（ｅ）とを含んでいる。下記の（ａ１）〜（ｄ）の詳細は特許文献３等に記載されているので、その説明を省略する。また、下記の（ｅ）の詳細は後述する。
（ａ１）２つの対物光学系の幾何学的歪補正テーブル
（ａ２）像伝送光学系の幾何学的歪補正テーブル
（ｂ）左右の結像光学系それぞれの焦点距離
（ｃ）左右の結像光学系の主点間の距離
（ｄ）左右の結像光学系それぞれの画像上での光軸位置座標（歪中心）
（ｅ）マスク位置情報（マスク角度、マスク中心）
【００３３】
（従来の光学データおよび環境データの生成方法）
次に、各実施形態の前提となる従来の光学データおよび環境データの生成方法を説明する。図２は計測処理部１８の構成を示している。図２に示すように計測処理部１８は、制御部１８ａと、画像取得部１８ｂと、計測点指定部１８ｃと、マッチング演算部１８ｄと、３次元座標演算部１８ｅと、記憶部１８ｆと、マスク形状抽出部１８ｇと、マスク位置演算部１８ｈと、歪補正テーブル演算部１８ｉとから構成されている。
【００３４】
制御部１８ａは計測処理部１８内の各部を制御する。また、制御部１８ａは、液晶モニタ５またはフェイスマウントディスプレイ６に計測結果や操作メニュー等を表示させるための表示信号を生成して映像信号処理回路１２へ出力する機能も有している。画像取得部１８ｂは、映像信号を構成する１フレーム単位の画像データを映像信号処理回路１２から取得する。
【００３５】
計測点指定部１８ｃは、リモートコントローラ４あるいはＰＣ３１から入力される信号に基づいて、計測対象物上の計測位置を示す計測点を指定する。ユーザが、液晶モニタ５あるいはフェイスマウントディスプレイ６に表示された計測対象物の画像を見ながら所望の計測点を入力すると、その２次元座標が計測点指定部１８ｃによって算出される。
【００３６】
マッチング演算部１８ｄは、計測点指定部１８ｃによって指定された計測点に基づいて、マッチング点の２次元座標を算出する。観察視野を２つ有するステレオ光学アダプタを使用した場合、内視鏡２が撮像した画像には左右２つの被写体像（以下、左画像および右画像と記載する）が含まれている。これら２つの被写体像の一方に対して計測点が指定されると、マッチング演算部１８ｄは、この計測点に対応するマッチング点をもう一方の被写体像から検出し、その２次元座標を算出する。
【００３７】
３次元座標演算部１８ｅは、計測点の２次元座標とマッチング点の２次元座標とに基づいて、計測点に対応した被写体上の位置の３次元座標を算出する。記憶部１８ｆは、計測処理部１８内で処理される各種情報を記憶する。記憶部１８ｆに格納された情報は、適宜制御部１８ａによって読み出されて各部へ出力される。
【００３８】
マスク形状抽出部１８ｇは、内視鏡２が撮像した画像から画像処理によってマスクの形状を抽出する。マスク位置演算部１８ｈは、マスク形状抽出部１８ｇが抽出したマスクの形状に基づいて、画像内におけるマスクの位置を算出する。マスクは、光学系に入射した光（特に光学的歪みの多い光）を遮光するための構造物であり、マスクによって左画像と右画像が仕切られている。上記の算出結果であるマスク位置情報には、画像を基準としたマスクの角度とマスクの中心位置とが含まれる。歪補正テーブル演算部１８ｉは、光学データの生成時には歪補正テーブル（前述した（ａ１）、（ａ２））を算出し、環境データの生成時には歪補正テーブルを補正する。
【００３９】
以下、光学データの生成方法を説明する。図３に示すように、製造段階において挿入部２０の先端部２１にステレオ光学アダプタが接続される（ステップＳ１）。続いて、白画像の撮像が開始され、画像取得部１８ｂは映像信号処理回路１２から画像データを取得する（ステップＳ２）。白画像とは、マスクの形状をはっきりとさせるために、白い紙や専用の治具を撮像した画像である。画像取得部１８ｂが取得した画像データは、制御部１８ａによってマスク形状抽出部１８ｇへ出力される。
【００４０】
マスク形状抽出部１８ｇは、画像データに基づく白画像からマスクの形状を抽出する（ステップＳ３）。ステップＳ３の処理の詳細は後述する。マスク形状抽出部１８ｇが抽出したマスク形状の情報は、制御部１８ａによってマスク位置演算部１８ｈへ出力される。マスク位置演算部１８ｈは、マスク形状の情報に基づいてマスク位置情報を生成する（ステップＳ４）。ステップＳ４の処理の詳細は後述する。マスク位置演算部１８ｈが生成したマスク位置情報は、制御部１８ａによって記憶部１８ｆに格納される。
【００４１】
続いて、チャート画像の撮像が開始され、画像取得部１８ｂは映像信号処理回路１２から画像データを取得する（ステップＳ５）。チャート画像とは、格子状のチャートを撮像した画像である。画像取得部１８ｂが取得した画像データは、制御部１８ａによって歪補正テーブル演算部１８ｉへ出力される。
【００４２】
歪補正テーブル演算部１８ｉは、画像データに基づくチャート画像から格子点を抽出する（ステップＳ６）。ステップＳ６の処理の詳細は後述する。続いて、歪補正テーブル演算部１８ｉは、ステップＳ６で抽出した格子点の情報を用いて歪補正テーブルを生成する（ステップＳ７）。ステップＳ７の処理の詳細は後述する。歪補正テーブル演算部１８ｉが生成した歪補正テーブルの情報は、制御部１８ａによって記憶部１８ｆに格納される。制御部１８ａは、マスク位置情報や歪補正テーブルの情報等を記憶部１８ｆから読み出して光学データを生成し、ＰＣカードＩ／Ｆ１５を介してメモリカードに光学データを格納する（ステップＳ８）。光学データに含まれる他の情報（歪中心等の情報）は、予め記憶部１８ｆに格納されているものとする。
【００４３】
以下、図４および図５を参照しながら、ステップＳ３およびステップＳ４の処理内容を説明する。図４（ａ）は、光学データ生成時に撮像される白画像を示している。白画像内の領域４００，４１０はそれぞれ左画像、右画像が表示される領域であり、領域４２０はマスクによって遮光される領域である。マスク形状抽出部１８ｇは、白画像の中央部に位置する画像処理領域４３０（図４（ｂ））で２値化やテンプレートマッチング等の画像処理を行い、マスクの形状を抽出する。画像処理領域４３０の位置やサイズの情報は予め記憶部１８ｆに格納されているものとする。以上がステップＳ３の処理内容である。
【００４４】
続いて、マスク位置演算部１８ｈは左右の２本のマスクライン５００ａ，５００ｂおよび左右の４つのマスク端点５１０ａ，５１０ｂ，５１０ｃ，５１０ｄ（図５（ａ））を求める。マスク位置演算部１８ｈは左右の４つのマスク端点５１０ａ，５１０ｂ，５１０ｃ，５１０ｄの重心点をマスク中心５２０（図５（ｂ））とする。さらに、マスク位置演算部１８ｈは、左右の２本のマスクライン５００ａ，５００ｂが所定の基準に対して有する角度の平均の角度を有し、かつマスク中心５２０を通る直線をマスクライン５３０（図５（ｂ））とする。上記のマスク中心５２０の座標およびマスクライン５３０の角度がマスク位置情報として記憶部１８ｆに格納される。以上がステップＳ４の処理内容である。
【００４５】
以下、図６および図７を参照しながら、ステップＳ６およびステップＳ７の処理内容を説明する。図６（ａ）は、光学データ生成時に撮像されるチャート画像を示している。チャートの格子線６００は、本来、直線であるが、ステレオ光学アダプタの光学特性により、形状が歪んでいる。歪補正テーブル演算部１８ｉは画像全体におけるチャートの格子線６００を抽出し、各格子線６００が交わる格子点６１０（図６（ｂ））を抽出する。以上がステップＳ６の処理内容である。
【００４６】
続いて、歪補正テーブル演算部１８ｉは、チャートの格子点の位置に基づいて、格子線の歪みが最も少ない点を探索し、左右の歪み中心７００ａ，７００ｂ（図７（ａ））の座標を算出する。さらに、歪補正テーブル演算部１８ｉは、チャートの格子点の座標に基づいて、格子点毎に左右の被写体像における対応関係を調べる。これによって、各被写体像内の位置の対応関係が分かる。例えば、図７（ｂ）に示すように、左画像内の点Ｐ１は右画像内の点Ｐ１’に対応することが分かる。左右の被写体像内の全ての位置について対応関係を調べることによって、左右の光学的歪みを考慮した歪座標系７１０ａ，７１０ｂ（図７（ｂ））を算出することが可能となる。歪補正テーブルは、歪みのない場合の本来の左右の被写体像内の各位置と歪座標系７１０ａ，７１０ｂの各座標との対応関係を示すテーブルとして算出される。以上がステップＳ７の処理内容である。
【００４７】
以下、環境データの生成方法を説明する。図８に示すように、ユーザによって挿入部２０の先端部２１にステレオ光学アダプタが接続される（ステップＳ９）。続いて、制御部１８ａは、ＰＣカードＩ／Ｆ１５を介してメモリカードから光学データを読み出し、記憶部１８ｆに格納する（ステップＳ１０）。続いて、白画像の撮像が開始され、画像取得部１８ｂは映像信号処理回路１２から画像データを取得する（ステップＳ１１）。画像取得部１８ｂが取得した画像データは、制御部１８ａによってマスク形状抽出部１８ｇおよび歪補正テーブル演算部１８ｉへ出力される。続いて、環境データを生成するキャリブレーションが実行される（ステップＳ１２）。ステップＳ１２の処理内容は後述する。制御部１８ａは、キャリブレーションによって生成された環境データを記憶部１８ｆに格納する（ステップＳ１３）。
【００４８】
図９はステップＳ１２の処理内容を示している。マスク形状抽出部１８ｇは、画像データに基づく白画像からマスクの形状を抽出する（ステップＳ１２１）。ステップＳ１２１の処理内容は後述する。マスク形状抽出部１８ｇが抽出したマスク形状の情報は、制御部１８ａによってマスク位置演算部１８ｈへ出力される。マスク位置演算部１８ｈは、マスク形状の情報に基づいてマスク位置情報を生成する（ステップＳ１２２）。ステップＳ１２２の処理内容は後述する。マスク位置演算部１８ｈが生成したマスク位置情報は、制御部１８ａによって歪補正テーブル演算部１８ｉへ出力されると共に環境データの一部として記憶部１８ｆに格納される。
【００４９】
ステップＳ１２１およびステップＳ１２２の処理内容は図３のステップＳ３およびステップＳ４の処理内容と同様である。しかし、光学データの生成時と環境データの生成時とで、ステレオ光学アダプタと挿入部２０との位置関係が異なる場合がある。例えば、環境データの生成時において、図１０（ａ）に示す白画像が得られたとする。この白画像を光学データ生成時の白画像（図４（ａ））と比較すると、マスクの位置が異なっていることが分かる。すなわち、マスクによって遮光される領域同士を比較すると、図４の領域４２０に対して、図１０の領域１０００は回転していることが分かる。
【００５０】
マスク形状抽出部１８ｇは、白画像の中央部に位置する画像処理領域１０１０（図１０（ｂ））で２値化やテンプレートマッチング等の画像処理を行い、マスクの形状を抽出する。画像処理領域１０１０の位置やサイズの情報は予め記憶部１８ｆに格納されているものとする。以上がステップＳ１２１の処理内容である。
【００５１】
続いて、マスク位置演算部１８ｈは左右の２本のマスクライン１１００ａ，１１００ｂおよび左右の４つのマスク端点１１１０ａ，１１１０ｂ，１１１０ｃ，１１１０ｄ（図１１（ａ））を求める。マスク位置演算部１８ｈは左右の４つのマスク端点１１１０ａ，１１１０ｂ，１１１０ｃ，１１１０ｄの重心点をマスク中心１１２０（図１１（ｂ））とする。さらに、マスク位置演算部１８ｈは、左右の２本のマスクライン１１００ａ，１１００ｂが所定の基準に対して有する角度の平均の角度を有し、かつマスク中心１１２０を通る直線をマスクライン１１３０（図１１（ｂ））とする。上記のマスク中心１１２０の座標およびマスクライン１１３０の角度がマスク位置情報として記憶部１８ｆに格納される。上記のように、光学データに含まれるマスク位置情報がキャリブレーション時（環境データ生成時）に補正されることになる。以上がステップＳ１２２の処理内容である。
【００５２】
ステップＳ１２２に続いて、歪補正テーブル演算部１８ｉは、ステップＳ１２２で生成されたマスク位置情報に基づいて歪補正テーブルの再計算を行う（ステップＳ１２３）。ステップＳ１２３の処理内容は後述する。歪補正テーブル演算部１８ｉが生成した歪補正テーブルは、制御部１８ａによって環境データの一部として記憶部１８ｆに格納される。上記のように、光学データに含まれる歪補正テーブルがキャリブレーション時（環境データ生成時）に補正されることになる。
【００５３】
以下、図１２を参照しながら、ステップＳ１２３の処理内容を説明する。図１２は計測画像を示している。まず、歪補正テーブル演算部１８ｉは、光学データに含まれる歪補正テーブルに基づいて左歪座標系１２００ａおよび右歪座標系１２００ｂ（図１２（ａ））を設定する。ここで、光学データの生成時と環境データの生成時とでマスクの位置が異なっているため、左歪座標系１２００ａ上の点Ｐ１に対応する右歪座標系１２００ｂ上の点は、同じ座標上の点Ｐ１’ではないことが分かる。そこで、歪補正テーブル演算部１８ｉは、光学データに含まれるマスク位置情報と、ステップＳ１２２で生成したマスク位置情報とに基づいて、歪補正テーブルを再計算する。
【００５４】
図１２では、光学データの生成時と比較して、左画像が上方向に移動し、右画像が下方向に移動している。このため、歪補正テーブル演算部１８ｉは、左歪座標系１２００ａを矢印１２１０ａが示す方向に移動させるように補正すると共に、右歪座標系１２００ｂを矢印１２１０ｂが示す方向に移動させるように補正する（図１２（ｂ））。このようにして、左歪座標系１２２０ａおよび右歪座標系１２２０ｂが算出される。歪補正テーブルの再計算後には、左歪座標系１２２０ａ上の点Ｐ１に対応する右歪座標系１２２０ｂ上の点は、同じ座標上の点Ｐ１’であることが分かる。
【００５５】
（従来の計測方法）
次に、各実施形態の前提となる従来の計測方法を説明する。図１３に示すように、ユーザによって挿入部２０の先端部２１にステレオ光学アダプタが接続される（ステップＳ１４）。続いて、制御部１８ａは、ステレオ光学アダプタに対応した環境データを記憶部１８ｆから読み出す（ステップＳ１５）。記憶部１８ｆから読み出された環境データは、制御部１８ａによってマッチング演算部１８ｄへ出力される。続いて、計測対象物を被写体とした画像（以下、計測画像とする）の撮像が開始され、画像取得部１８ｂは映像信号処理回路１２から画像データを取得する（ステップＳ１６）。画像取得部１８ｂが取得した画像データは、制御部１８ａによって、適宜、計測点指定部１８ｃ、マッチング演算部１８ｄ、３次元座標演算部１８ｅ、および歪補正テーブル演算部１８ｉへ出力される。
【００５６】
ユーザによって、ステレオ計測機能の起動指示が入力される（ステップＳ１７）と、ステレオ計測が実行される（ステップＳ１８）。ステップＳ１８の処理内容は後述する。ユーザによって、ステレオ計測機能の終了指示が入力される（ステップＳ１９）と、計測が終了する。
【００５７】
図１４は、計測起動時に表示される計測画面を示している。計測情報として、左画面１４００には計測対象物の左画像が表示され、右画面１４１０には計測対象物の右画像が表示される。また、左画面１４００および右画面１４１０を除く計測画面上の領域には他の計測情報として、光学アダプタ名称情報１４２０、時間情報１４２１、メッセージ情報１４２２、アイコン１４２３ａ，１４２３ｂ，１４２３ｃ，１４２３ｄ，１４２３ｅ、およびズームウィンドウ１４２４が表示される。
【００５８】
光学アダプタ名称情報１４２０と時間情報１４２１は共に計測条件を示す情報である。光学アダプタ名称情報１４２０は、現在使用しているステレオ光学アダプタの名称を示す文字情報である。時間情報１４２１は現在の日付と時刻を示す文字情報である。メッセージ情報１４２２は、ユーザへの操作指示を示す文字情報と、計測条件の１つである計測点の座標を示す文字情報とを含んでいる。
【００５９】
アイコン１４２３ａ〜１４２３ｅは、ユーザが計測モードの切替や計測結果のクリア等の操作指示を入力するための操作メニューを構成している。ユーザがリモートコントローラ４あるいはＰＣ３１を操作し、カーソル１４２５をアイコン１４２３ａ〜１４２３ｅのいずれかの上に移動させてクリック等の操作を行うと、その操作に応じた信号が計測処理部１８に入力される。制御部１８ａは、その信号に基づいてユーザからの操作指示を認識し、計測処理を制御する。また、ズームウィンドウ１４２４には計測対象物の拡大画像（例えばカーソル１４２５周囲における拡大画像）が表示される。
【００６０】
以下、図１５を参照しながら、ステップＳ１８の処理内容を説明する。まず、液晶モニタ５またはフェイスマウントディスプレイ６に表示された計測画面上において、リモートコントローラ４あるいはＰＣ３１の操作により、ユーザが計測点を指定すると、指定された計測点の情報が計測処理部１８に入力される（ステップＳ１８１）。図１６は、計測点が指定されたときの計測画面を示している。左画面１６００上でカーソル１６１０が示す位置が計測点であり、計測点を示す図形１６２０（×）がその位置に表示されている。
【００６１】
計測点指定部１８ｃは、入力された計測点の情報に基づいて計測点の２次元座標を算出する。計測点指定部１８ｃが算出した計測点の２次元座標は、制御部１８ａによってマッチング演算部１８ｄへ出力される。マッチング演算部１８ｄは、画像取得部１８ｂが取得した画像データと環境データを用いて、公知のマッチング処理により、左画像上の計測点に対応する右画像上のマッチング点の２次元座標を算出する（ステップＳ１８２）。ステップＳ１８２の処理内容は後述する。計測点およびマッチング点の２次元座標は、制御部１８ａによって３次元座標演算部１８ｅへ出力される。
【００６２】
３次元座標演算部１８ｅは、計測点およびマッチング点の２次元座標に基づいて、計測点に対応した被写体上の位置の３次元座標を算出する（ステップＳ１８３）。ステップＳ１８３の処理内容は後述する。制御部１８ａは、３次元座標演算部１８ｅが算出した３次元座標の情報を含むグラフィックデータを生成し、映像信号処理部１２へ出力する。これによって、計測画面に計測結果が表示される（ステップＳ１８４）。図１７は、３次元座標の算出が終了したときの計測画面を示している。計測結果１７００は、３次元座標に対応したＺ方向の位置を示している。
【００６３】
以下、図１８および図１９を参照しながら、マッチング処理の詳細を説明する。図１８（ａ）は計測画像を示している。左歪座標系１８００ａの点Ｐ１に対応する右歪座標系１８００ｂの点は点Ｐ１’であるが、これは仮の対応点である。以下のマッチング処理によって、厳密な真の対応点が求まる。まず、マッチング演算部１８ｄは、環境データに含まれる歪補正テーブルを用いて歪補正処理を実行する。歪補正後の画像では点Ｐ１，Ｐ１’はそれぞれ点Ｐ２，Ｐ２’（図１８（ｂ））に対応する。また、歪補正によって、左歪座標系１８００ａおよび右歪座標系１８００ｂはそれぞれ左座標系１８１０ａおよび右座標系１８１０ｂに変換される。
【００６４】
マッチング演算部１８ｄは、左座標系１８１０ａ上の点Ｐ２を含むテンプレート画像領域１８２０（図１８（ｃ））を設定する。続いて、マッチング演算部１８ｄは、テンプレート画像領域１８２０の画像と、テンプレート画像領域１８２０よりも広いマッチング画像領域１８３０（図１８（ｃ））の画像とのテンプレートマッチング処理（正規化相互相関処理）を実行する。
【００６５】
このとき、マッチング演算部１８ｄは、テンプレート画像領域１９００（図１９（ａ））のテンプレート画像と、マッチング画像領域１９１０（図１９（ａ））の画像のうちテンプレート画像と同じサイズの画像との間で、画像の位置をずらしながら各位置で相関処理を行う。画像同士の相関が最も高い位置Ｍ（図１９（ａ））が真の対応点となる。図１９（ｂ）において、点Ｐ２’’は、点Ｐ２に対応した真の対応点である。マッチング演算部１８ｄは、歪補正の逆変換を行い、点Ｐ２’’に対応した点Ｐ１’’（図１９（ｃ））を求める。この点Ｐ１’’は、点Ｐ１に対応した真の対応点である。
【００６６】
以下、図２０を参照しながら、３次元座標の算出原理を説明する。図２０は、ｘ，ｙ，ｚ軸をもつ３次元空間座標系上の左右の２画像の位置関係を示している。この図２０には、被写体上の点Ｐが固体撮像素子２ａの右結像面２８Ｒおよび左結像面２８Ｌ上に結像した状態が示されている。図２０において、点ＯＲ，ＯＬを対物光学系の主点とし、距離ｆを焦点距離とし、点ＱＲ，ＱＬを点Ｐの結像位置とし、距離Ｌを点ＯＲ−点ＯＬ間の距離とする。
【００６７】
図２０において、直線ＱＲ−ＯＲから（１）式が成立する。
ｘ／ｘＲ＝｛ｙ−（Ｌ／２）｝／｛ｙＲ−（Ｌ／２）｝＝ｚ／（−ｆ）  ・・・（１）
また、直線ＱＬ−ＯＬから（２）式が成立する。
ｘ／ｘＬ＝｛ｙ＋（Ｌ／２）｝／｛ｙＬ＋（Ｌ／２）｝＝ｚ／（−ｆ）  ・・・（２）
この式をｘ，ｙ，ｚについて解けば、点Ｐの３次元座標が得られる。実際には、ステレオ光学アダプタと挿入部２０の先端部２１との双方に設けられる光学系からなる像伝送光学系の効果により、左右２つの像の光線は折り曲げられて右結像面２８Ｒと左結像面２８Ｌの間隔はもっと小さくなるが、ここでは図を簡略にするために像伝送光学系の効果を省いて図示している。
【００６８】
（ステレオ光学アダプタと挿入部２０との位置関係による計測精度への影響）
次に、ステレオ光学アダプタと挿入部２０との位置関係が計測精度に及ぼす影響を説明する。図６７は、ステレオ計測の精度を示すグラフである。いずれのグラフも、チャート画像を用いた計測の精度を示している。具体的には各グラフは、図６８に示すチャート画像内の左画像６８００および右画像６８１０の中心付近にある格子点６８２０（図６８（ａ））について、隣り合う格子点間の距離６８３０（図６８（ｂ））をステレオ計測によって測定した結果に基づいている。各グラフの縦軸は、この結果と実際の格子点間隔との間の誤差を集計し、％単位（絶対値）で表したものである。
【００６９】
また、各グラフの横軸はキャリブレーション時（環境データ生成時）のマスク角度と計測時のマスク角度（それぞれ前述したマスク位置情報に含まれている）との差である。具体的には、環境データ内に保存されたキャリブレーション時のマスク角度を意図的に編集した上で計測を行っており、編集後のマスク角度と編集前のマスク角度との差分が上記のマスク角度の差である。例えば、横軸が０（ｄｅｇ）のときは、計測時において、キャリブレーション時と同じマスク角度に設定したことになる。すなわち、環境データ内のマスク角度を編集することによってステレオ光学アダプタと挿入部２０との位置関係を変化させた場合の計測精度を示すのが図６７の各グラフである。
【００７０】
図６７（ａ）は、所定の内視鏡およびステレオ光学アダプタの組み合わせを使用した場合の計測精度を示している。マスク角度の差が約±１（ｄｅｇ）の範囲内では、計測誤差は３％以内に収まっているのに対して、マスク角度の差が±１（ｄｅｇ）の範囲外では、計測誤差が急激に大きくなり、計測精度が格段に低下することが分かる。図６７（ｂ）、（ｃ）は、図６７（ａ）で用いた内視鏡およびステレオ光学アダプタの組み合わせとは異なる組み合わせを使用した場合の計測精度を示している。いずれも、図６７（ａ）が示す傾向と同様の傾向を示していることがわかる。
【００７１】
上記のようにマスク角度の差が一定範囲を超えると計測精度が急激に低下する理由は、マッチング処理では、図１８（ｃ）に示したように、左画像のテンプレート画像領域と右画像のマッチング画像領域が一定の範囲に限られており、マスク角度の差が大きくなると、左画像上の計測点に対応する右画像上のマッチング点が上記の領域から外れてしまい、相関値が高い位置を見つけることができないためであると考えられる。
【００７２】
図６７に示す各グラフから、ステレオ光学アダプタと挿入部２０との位置関係が計測精度に及ぼす影響が非常に大きいことが分かる。言い換えると、ステレオ光学アダプタと挿入部２０との位置関係のずれを検知し、そのずれを補正する技術は、計測精度を維持する上で非常に重要であるといえる。
【００７３】
（第１の実施形態）
次に、本発明の第１の実施形態を説明する。図２１は、本実施形態による計測処理部１８の構成を示している。図２に示した構成と同一の構成には同一の符号を付与し、説明を省略する。本実施形態では、内視鏡２が撮像した画像から画像処理によってアライメントマークの形状を抽出するアライメントマーク抽出部１８ｊが設けられている。
【００７４】
アライメントマークは、マスクの所定位置に形成された、特徴的な形状を有するマークである。図２２に示すように、マスクの上部および下部に丸型のアライメントマーク２２００ａ，２２００ｂが形成されている。アライメントマーク２２００ａ，２２００ｂは、マスクを貫通する穴であり、ステレオ光学アダプタに入射した光がアライメントマーク２２００ａ，２２００ｂを通過して固体撮像素子２ａの撮像面に入射する。
【００７５】
本実施形態では、図８に示した処理によって既に環境データが生成されているものとする。以下、本実施形態の計測方法を説明する。図２３に示すように、ユーザによって挿入部２０の先端部２１にステレオ光学アダプタが接続される（ステップＳ２１）。続いて、制御部１８ａは、ステレオ光学アダプタに対応した環境データを記憶部１８ｆから読み出す（ステップＳ２２）。記憶部１８ｆから読み出された環境データは、制御部１８ａによって歪補正テーブル演算部１８ｉへ出力される。続いて、計測対象物を被写体とした計測画像の撮像が開始され、画像取得部１８ｂは映像信号処理回路１２から画像データを取得する（ステップＳ２３）。画像取得部１８ｂが取得した画像データは、制御部１８ａによって、適宜、計測点指定部１８ｃ、マッチング演算部１８ｄ、３次元座標演算部１８ｅ、歪補正テーブル演算部１８ｉ、およびアライメントマーク抽出部１８ｊへ出力される。
【００７６】
ユーザによって、ステレオ計測機能の起動指示が入力される（ステップＳ２４）と、計測時のステレオ光学アダプタと挿入部２０との位置関係に応じて環境データを補正するキャリブレーションが実行される（ステップＳ２５）。ステップＳ２５の処理内容は後述する。続いて、ステレオ計測が実行される（ステップＳ２６）。ステップＳ２６の処理内容は図１３のステップＳ１８の処理内容と同様である。ユーザによって、ステレオ計測機能の終了指示が入力される（ステップＳ２７）と、計測が終了する。
【００７７】
図２４はステップＳ２５の処理内容を示している。アライメントマークの形状を抽出する画像処理を行う領域である画像処理領域の位置やサイズの情報は予め記憶部１８ｆに格納されているものとする。制御部１８ａは記憶部１８ｆから画像処理領域の情報を読み出し、アライメントマーク抽出部１８ｊへ出力する（ステップＳ２５１）。本実施形態以降の実施形態では、ステップＳ２５１の処理の説明を省略するものとする。アライメントマーク抽出部１８ｊは、画像データに基づく画像のうち画像処理領域の画像からアライメントマークの形状を抽出する（ステップＳ２５２）。ステップＳ２５２の処理内容は後述する。アライメントマーク抽出部１８ｊが抽出したアライメントマークの情報は、制御部１８ａによってマスク位置演算部１８ｈへ出力される。
【００７８】
マスク位置演算部１８ｈは、アライメントマークの情報に基づいてマスク位置情報を生成する（ステップＳ２５３）。ステップＳ２５３の処理内容は後述する。マスク位置演算部１８ｈが生成したマスク位置情報は、制御部１８ａによって歪補正テーブル演算部１８ｉへ出力されると共に環境データの一部として記憶部１８ｆに格納される。上記のように、環境データに含まれるマスク位置情報が、計測時の再度のキャリブレーションにより補正されることになる。
【００７９】
歪補正テーブル演算部１８ｉは、ステップＳ２５３で生成されたマスク位置情報に基づいて歪補正テーブルの再計算を行う（ステップＳ２５４）。ステップＳ２５４の処理内容は図９のステップＳ１２３の処理内容と同様である。歪補正テーブル演算部１８ｉが生成した歪補正テーブルは、制御部１８ａによって環境データの一部として記憶部１８ｆに格納される。上記のように、環境データに含まれる歪補正テーブルが、計測時の再度のキャリブレーションにより補正されることになる。
【００８０】
また、従来のキャリブレーションによって生成された環境データを計測時のキャリブレーションによって補正してもよいが、従来のキャリブレーションを行わずに、光学データに含まれる歪補正テーブルを計測時のキャリブレーションによって補正して歪補正を行ってもよい。以降の全ての実施形態においても同様である。
【００８１】
以下、図２５を参照しながら、ステップＳ２５２およびステップＳ２５３の処理内容を説明する。図２５は計測画像を示している。アライメントマーク抽出部１８ｊは、アライメントマークの位置に対応して予め設定された画像処理領域２５００ａ，２５００ｂ（図２５（ａ））で２値化やテンプレートマッチング等の画像処理を行い、２つのアライメントマーク２５１０ａ，２５１０ｂを抽出する。図４に示した計測以前の環境データの生成時における画像処理領域４３０と比較すると、画像処理領域２５００ａ，２５００ｂは小さくなっているため、画像処理に要する時間を短縮することができる。以上がステップＳ２５２の処理内容である。
【００８２】
続いて、マスク位置演算部１８ｈは２つのアライメントマーク２５１０ａ，２５１０ｂの中心点２５２０ａ，２５２０ｂを求める（図２５（ｂ））。続いて、マスク位置演算部１８ｈは、中心点２５２０ａ，２５２０ｂを通る直線をマスクライン２５３０とする（図２５（ｃ））。さらに、マスク位置演算部１８ｈは、２つのアライメントマーク２５１０ａ，２５１０ｂの中点をマスク中心２５４０とする。上記のマスクライン２５３０の角度およびマスク中心２５４０の座標がマスク位置情報として記憶部１８ｆに格納される。２つのアライメントマーク２５１０ａ，２５１０ｂの位置は、実際のマスク中心との位置関係が上記となるように予め設計されている。以上がステップＳ２５３の処理内容である。
【００８３】
次に、本実施形態の変形例を説明する。図２６はアライメントマークの他の形状例を示している。図２６に示すように、マスクの中央部に十字型のアライメントマーク２６００が形成されている。アライメントマーク２６００は、マスクを貫通する穴であり、ステレオ光学アダプタに入射した光がアライメントマーク２６００を通過して固体撮像素子２ａの撮像面に入射する。
【００８４】
以下、図２７を参照しながら、図２６に示したアライメントマーク２６００に対するステップＳ２５２およびステップＳ２５３の処理内容を説明する。図２７は計測画像を示している。アライメントマーク抽出部１８ｊは、アライメントマークの位置に対応して予め設定された画像処理領域２７１０（図２７（ａ））で２値化やテンプレートマッチング等の画像処理を行い、アライメントマーク２７００を抽出する。図４に示した計測以前の環境データの生成時における画像処理領域４３０と比較すると、画像処理領域２７１０は小さくなっているため、画像処理に要する時間を短縮することができる。
【００８５】
続いて、マスク位置演算部１８ｈはアライメントマーク２７００の４つの端点２７２０ａ，２７２０ｂ，２７２０ｃ，２７２０ｄを求める（図２７（ｂ））。続いて、マスク位置演算部１８ｈは、端点２７２０ａ，２７２０ｂを通る直線をマスクライン２７３０とする（図２７（ｃ）、図２７（ｄ））。さらに、マスク位置演算部１８ｈは、端点２７２０ｃ，２７２０ｄを通る直線（図示せず）とマスクライン２７３０の交点をマスク中心２７４０とする。上記のマスクライン２７３０の角度およびマスク中心２７４０の座標がマスク位置情報として記憶部１８ｆに格納される。アライメントマーク２７００の位置は、実際のマスク中心との位置関係が上記となるように予め設計されている。
【００８６】
上述したように、本実施形態によれば、計測対象の被写体を撮像したときの映像信号から、マスク位置情報および歪補正テーブルを補正した新たな環境データが生成され、この環境データに基づいて、映像信号に含まれる光学的歪みが補正される。これによって、最初のキャリブレーション後にステレオ光学アダプタと挿入部２０との位置関係に変化が生じた場合でも、計測精度の低下を防止することができる。
【００８７】
また、本実施形態によれば、キャリブレーション時に所定の被写体を撮像したときの映像信号のうち、アライメントマークの位置に対応した、従来よりも小さな画像処理領域の画像に対応した映像信号から環境データが生成される。これによって、画像処理に要する時間が短縮されるので、キャリブレーションを高速化することができる。アライメントマークの形状は、本実施形態で説明した形状に限らず、各種の形状とすることが可能である。
【００８８】
（第２の実施形態）
次に、本発明の第２の実施形態を説明する。図２８は、本実施形態による計測処理部１８の構成を示している。図２１に示した構成と同一の構成には同一の符号を付与し、説明を省略する。本実施形態では、マスクに対する照明を制御するマスク照明制御部１８ｋが設けられている。
【００８９】
図２９は、ステレオ光学アダプタを上面から見たときの断面図である。また、図３０は、ステレオ光学アダプタを側面から見たときの断面図である。ステレオ光学アダプタの先端部はカバーガラス４０で閉塞されている。カバーガラス４０とレンズ枠４１の内側には、右画像用の対物光学系４２ａと左画像用の対物光学系４２ｂからなる対物光学系４２が配置されている。この対物光学系４２にはマスク４３が挿入されている。また、対物光学系４２ａ，４２ｂの光学的後方には光学系４４ａ，４４ｂからなる像伝送光学系４４が配置されている。
【００９０】
また、被写体に照射する照明光を伝送するライトガイドファイバ４５が設けられている。図１に示した内視鏡ユニット８に設けられた光源装置からの光は、ライトガイドファイバ４５を通してステレオ光学アダプタの先端部から被写体に照射される。この光の一部は、ライトガイドファイバ４５から枝分かれしたライトガイドファイバ４６を通してマスク４３にも照射される。
【００９１】
図３１は図３０の位置Ａにおける断面図であり、図３２は図３０の位置Ｂにおける断面図である。また、図３３はステレオ光学アダプタの正面図である。図３０に示したライトガイドファイバ４６を通った光は図３１の領域３１０の位置に照射される。図３１は、ステレオ光学アダプタを光学的前方から見た状態を示しており、実際には光はステレオ光学アダプタの光学的後方から照射される。上記の構造により、マスク４３の下部を照明することが可能となっている。
【００９２】
図３４に示すように、本実施形態ではマスクの下部に丸型のアライメントマーク３４００ａ，３４００ｂが形成されている。アライメントマーク３４００ａ，３４００ｂは、マスクの表面を鏡面処理することなどにより光反射率が高くなるように形成したものである。上記のライトガイドファイバ４６を通して照射された光がアライメントマーク３４００ａ，３４００ｂによって反射され、固体撮像素子２ａの撮像面に入射する。このため、撮像した画像ではアライメントマーク３４００ａ，３４００ｂがはっきりと映る。
【００９３】
以下、本実施形態の計測方法を説明する。図３５に示すように、ユーザによって挿入部２０の先端部２１にステレオ光学アダプタが接続される（ステップＳ３１）。続いて、制御部１８ａは、ステレオ光学アダプタに対応した環境データを記憶部１８ｆから読み出す（ステップＳ３２）。記憶部１８ｆから読み出された環境データは、制御部１８ａによって歪補正テーブル演算部１８ｉへ出力される。続いて、マスク照明制御部１８ｋは、照明をＯＮとするための信号を、ＲＳ−２３２Ｃ  Ｉ／Ｆ１７を介して内視鏡ユニット８へ出力し、内視鏡ユニット８内の光源装置の駆動を開始させる（ステップＳ３３）。
【００９４】
続いて、計測対象物を被写体とした計測画像の撮像が開始され、画像取得部１８ｂは映像信号処理回路１２から画像データを取得する（ステップＳ３４）。画像取得部１８ｂが取得した画像データは、制御部１８ａによって、適宜、計測点指定部１８ｃ、マッチング演算部１８ｄ、３次元座標演算部１８ｅ、歪補正テーブル演算部１８ｉ、およびアライメントマーク抽出部１８ｊへ出力される。続いて、マスク照明制御部１８ｋは、照明をＯＦＦとするための信号を、ＲＳ−２３２Ｃ  Ｉ／Ｆ１７を介して内視鏡ユニット８へ出力し、内視鏡ユニット８内の光源装置の駆動を停止させる（ステップＳ３５）。
【００９５】
ユーザによって、ステレオ計測機能の起動指示が入力される（ステップＳ３６）と、計測時のステレオ光学アダプタと挿入部２０との位置関係に応じて環境データを補正するキャリブレーションが実行される（ステップＳ３７）。ステップＳ３７の処理内容は後述する。続いて、ステレオ計測が実行される（ステップＳ３８）。ステップＳ３８の処理内容は図１３のステップＳ１８の処理内容と同様である。ユーザによって、ステレオ計測機能の終了指示が入力される（ステップＳ３９）と、計測が終了する。
【００９６】
図３６はステップＳ３７の処理内容を示している。アライメントマークの形状を抽出する画像処理を行う領域である画像処理領域の位置やサイズの情報は予め記憶部１８ｆに格納されているものとする。アライメントマーク抽出部１８ｊは、画像データに基づく画像のうち画像処理領域の画像からアライメントマークの形状を抽出する（ステップＳ３７１）。ステップＳ３７１の処理内容は後述する。アライメントマーク抽出部１８ｊが抽出したアライメントマークの情報は、制御部１８ａによってマスク位置演算部１８ｈへ出力される。
【００９７】
マスク位置演算部１８ｈは、アライメントマークの情報に基づいてマスク位置情報を生成する（ステップＳ３７２）。ステップＳ３７２の処理内容は後述する。マスク位置演算部１８ｈが生成したマスク位置情報は、制御部１８ａによって歪補正テーブル演算部１８ｉへ出力されると共に環境データの一部として記憶部１８ｆに格納される。上記のように、環境データに含まれるマスク位置情報が、計測時の再度のキャリブレーションにより補正されることになる。
【００９８】
歪補正テーブル演算部１８ｉは、ステップＳ３７２で生成されたマスク位置情報に基づいて歪補正テーブルの再計算を行う（ステップＳ３７３）。ステップＳ３７３の処理内容は図２４のステップＳ２５４の処理内容と同様である。歪補正テーブル演算部１８ｉが生成した歪補正テーブルは、制御部１８ａによって環境データの一部として記憶部１８ｆに格納される。上記のように、環境データに含まれる歪補正テーブルが、計測時の再度のキャリブレーションにより補正されることになる。
【００９９】
以下、図３７を参照しながら、ステップＳ３７１およびステップＳ３７２の処理内容を説明する。図３７は計測画像を示している。アライメントマーク抽出部１８ｊは、アライメントマークの位置に対応して予め設定された画像処理領域３７００（図３７（ａ））で２値化やテンプレートマッチング等の画像処理を行い、２つのアライメントマーク３７１０ａ，３７１０ｂを抽出する。図４に示した計測以前の環境データの生成時における画像処理領域４３０と比較すると、画像処理領域３７００は小さくなっているため、画像処理に要する時間を短縮することができる。
【０１００】
続いて、マスク位置演算部１８ｈは２つのアライメントマーク３７１０ａ，３７１０ｂの中心点３７２０ａ，３７２０ｂ、およびそれらを結ぶ直線３７３０を求める（図３７（ｂ））。続いて、マスク位置演算部１８ｈは、中心点３７２０ａ，３７２０ｂ間の中点３７４０を算出すると共に、中心点３７２０ａ，３７２０ｂ間の長さＬを算出する（図３７（ｃ）。続いて、マスク位置演算部１８ｈは、中点３７４０を通り、直線３７３０に垂直な直線をマスクライン３７５０とする（図３７（ｄ））。さらに、マスク位置演算部１８ｈは、中点３７４０から距離２Ｌだけ離れたマスクライン３７５０上の点をマスク中心３７６０とする。上記のマスクライン３７５０の角度およびマスク中心３７６０の座標がマスク位置情報として記憶部１８ｆに格納される。２つのアライメントマーク３７１０ａ，３７１０ｂの位置は、実際のマスク中心との位置関係が上記となるように予め設計されている。
【０１０１】
上述したように、本実施形態によれば、第１の実施形態と同様に、最初のキャリブレーション後にステレオ光学アダプタと挿入部２０との位置関係に変化が生じた場合でも、計測精度の低下を防止することができる。また、本実施形態によれば、キャリブレーション時に所定の被写体を撮像したときの映像信号のうち、アライメントマークの位置に対応した、従来よりも小さな画像処理領域の画像に対応した映像信号から環境データが生成される。これによって、画像処理に要する時間が短縮されるので、キャリブレーションを高速化することができる。
【０１０２】
また、アライメントマークに照明光を照射することによって、アライメントマークの形状がはっきりするので、キャリブレーションの精度を向上することができる。さらに、取得できる画像が白画像でなくてもキャリブレーションを行うことができる。
【０１０３】
アライメントマークの形状は、本実施形態で説明した形状に限らず、各種の形状とすることが可能である。また、本実施形態では、アライメントマークに照明光を照射し、アライメントマークで反射させる構造を採用しているが、アライメントマークを第１の実施形態と同様の穴として形成し、マスクの光学的前方から照明光を照射する構造を採用してもよい。
【０１０４】
（第３の実施形態）
次に、本発明の第３の実施形態を説明する。本実施形態による計測処理部１８の構成は、図２１に示した構成と同様である。本実施形態では、第２の実施形態と同様にマスクに照明光を照射する構造を採用している。ただし、第２の実施形態では、ライトガイドを通して伝送された照明光をマスクに照射していたが、本実施形態では、ステレオ光学アダプタ内に設けたＬＥＤ照明によって照明光をマスクに照射する。
【０１０５】
図３８は、ステレオ光学アダプタを上面から見たときの断面図である。また、図３９は、ステレオ光学アダプタを側面から見たときの断面図である。図２９および図３０に示した構成と同一の構成には同一の符号を付与し、説明を省略する。
【０１０６】
本実施形態では、被写体に照明光を照射するＬＥＤ照明４７ａ，４７ｂ、およびマスク４３に照明光を照射するＬＥＤ照明４８ａ，４８ｂが設けられている。ステレオ光学アダプタ内には、ＬＥＤ照明４７ａ，４７ｂ，４８ａ，４８ｂと、図１に示した内視鏡ユニット８とを電気的に接続するための配線（図示せず）も設けられている。
【０１０７】
図４０は図３９の位置Ｃにおける断面図であり、図４１は図３９の位置Ｄにおける断面図である。また、図４２はステレオ光学アダプタの正面図である。ＬＥＤ照明４８ａ，４８ｂからの光はそれぞれ図４０の領域４００ａ，４００ｂの位置に照射される。図４１は、ステレオ光学アダプタを光学的前方から見た状態を示しており、実際には光はステレオ光学アダプタの光学的後方から照射される。上記の構造により、マスク４３の上部および下部を照明することが可能となっている。
【０１０８】
本実施形態ではマスクの上部および下部に２つのアライメントマーク（図示せず）が形成されている。これらのアライメントマークは、マスクの表面を鏡面処理することなどにより光反射率が高くなるように形成したものである。上記のＬＥＤ照明４８ａ，４８ｂから照射された光がアライメントマークによって反射され、固体撮像素子２ａの撮像面に入射する。このため、撮像した画像ではアライメントマークがはっきりと映る。
【０１０９】
本実施形態の計測方法は第２の実施形態と同様である。また、本実施形態によれば、第２の実施形態と同様の効果を得ることができる。
【０１１０】
（第４の実施形態）
次に、本発明の第４の実施形態を説明する。本実施形態では、マスク上またはマスクに近接して配置した発光体をアライメントマークとして検出する。図４３は、ステレオ光学アダプタを側面から見たときの断面図である。図３９に示した構成と同一の構成には同一の符号を付与し、説明を省略する。
【０１１１】
本実施形態では、発光体４９ａ，４９ｂがマスク４３と近接して配置されている。発光体４９ａ，４９ｂとして、例えば無機または有機ＥＬシートを使用することが可能である。ステレオ光学アダプタ内には、発光体４９ａ，４９ｂと、図１に示した内視鏡ユニット８とを電気的に接続するための配線（図示せず）も設けられている。
【０１１２】
図４４は図４３の位置Ｅにおける断面図である。本実施形態ではマスクの上部および下部に発光体４９ａ，４９ｂが配置されている。発光体４９ａ，４９ｂから照射された光は固体撮像素子２ａの撮像面に入射する。このため、図４５に示すように、撮像した画像では、発光体４９ａ，４９ｂがマスク４３の上部および下部のアライメントマーク４５００ａ，４５００ｂとして検出される。
【０１１３】
本実施形態の計測方法は第２の実施形態と同様である。また、本実施形態によれば、第２の実施形態と同様の効果を得ることができる。
【０１１４】
（第５の実施形態）
次に、本発明の第５の実施形態を説明する。本実施形態による計測処理部１８の構成は、図２１に示した構成と同様である。図４６は、本実施形態における光学系の構成を示している。図４６（ａ）に示すように、ステレオ光学アダプタ５１は、視差を有する２つの被写体像を結像するための、プリズム形状を有する対物光学系５１ａおよびアダプタ側像伝送光学系５１ｂを備えている。対物光学系５１ａおよびアダプタ側像伝送光学系５１ｂからの光は、挿入部２０の先端部２１に設けられた内視鏡側像伝送光学系５２によって結像され、固体撮像素子２ａの撮像面に入射する。このとき、図４６（ｂ）に示すように、プリズム形状を有する対物光学系５１ａによって２つの被写体像が形成され、固体撮像素子２ａに入射する。
【０１１５】
プリズム形状の対物光学系５１ａを用いることにより、被写体像には光学的歪みが存在しないので、本実施形態ではマスク（すなわち絞り）が必ずしも必要ではない。このため、マスクとは別の手段によってステレオ光学アダプタと挿入部２０との位置関係を検出する必要がある。そこで、図４６（ｃ）に示すように、対物光学系５１ａには切り欠き状のアライメントマーク５３ａ，５３ｂが形成されている。本実施形態では、撮像した画像からアライメントマーク５３ａ，５３ｂを検出することによって、ステレオ光学アダプタと挿入部２０との位置関係を検出する。
【０１１６】
以下、図４７を参照しながら、ステレオ光学アダプタと挿入部２０との位置関係を検出する方法を説明する。図４７は計測画像を示している。アライメントマーク抽出部１８ｊは、アライメントマークの位置に対応して予め設定された画像処理領域４７１０ａ，４７１０ｂ（図４７（ａ））で２値化やテンプレートマッチング等の画像処理を行い、アライメントマーク４７００ａ，４７００ｂを抽出する。図４に示した計測以前の環境データの生成時における画像処理領域４３０と比較すると、画像処理領域４７１０ａ，４７１０ｂは小さくなっているため、画像処理に要する時間を短縮することができる。
【０１１７】
続いて、マスク位置演算部１８ｈはアライメントマーク４７００ａ，４７００ｂの端点４７２０ａ，４７２０ｂを求め（図４７（ｂ））、端点４７２０ａ，４７２０ｂの中点４７３０ａを求める（図４７（ｃ））。同様にして、マスク位置演算部１８ｈは中点４７３０ｂを求める（図４７（ｄ））。続いて、マスク位置演算部１８ｈは、中点４７３０ａ，４７３０ｂを通る直線４７４０を、前述したマスクラインに相当する直線とする。さらに、マスク位置演算部１８ｈは、中点４７３０ａ，４７３０ｂの中点４７５０を、前述したマスク中心に相当する点とする。上記の直線４７４０の角度および点４７５０の座標が、前述したマスク位置情報に相当する情報として記憶部１８ｆに格納される。アライメントマーク４７００ａ，４７００ｂの位置は、実際のプリズム中心との位置関係が上記となるように予め設計されている。
【０１１８】
本実施形態の計測方法は第２の実施形態と同様である。また、本実施形態によれば、第２の実施形態と同様の効果を得ることができる。
【０１１９】
（第６の実施形態）
次に、本発明の第６の実施形態を説明する。図４８は、本実施形態による計測処理部１８の構成を示している。図２に示した構成と同一の構成には同一の符号を付与し、説明を省略する。本実施形態では、画像データのダイナミックレンジ（階調）を変換するダイナミックレンジ変換処理部１８ｌが設けられている。
【０１２０】
以下、本実施形態の計測方法を説明する。図４９に示すように、ユーザによって挿入部２０の先端部２１にステレオ光学アダプタが接続される（ステップＳ４１）。続いて、制御部１８ａは、ステレオ光学アダプタに対応した環境データを記憶部１８ｆから読み出す（ステップＳ４２）。記憶部１８ｆから読み出された環境データは、制御部１８ａによって歪補正テーブル演算部１８ｉへ出力される。続いて、計測対象物を被写体とした計測画像の撮像が開始され、画像取得部１８ｂは映像信号処理回路１２から画像データを取得する（ステップＳ４３）。画像取得部１８ｂが取得した画像データは、制御部１８ａによって、適宜、計測点指定部１８ｃ、マッチング演算部１８ｄ、３次元座標演算部１８ｅ、歪補正テーブル演算部１８ｉ、およびダイナミックレンジ変換処理部１８ｌへ出力される。
【０１２１】
ユーザによって、ステレオ計測機能の起動指示が入力される（ステップＳ４４）と、制御部１８ａは、変換前の画像の輝度と変換後の画像の輝度の対応関係を示すテーブル（例えばルックアップテーブル）を記憶部１８ｆから読み出してダイナミックレンジ変換処理部１８ｌへ出力する（ステップＳ４５）。記憶部１８ｆには予めこのテーブルが格納されているものとする。ダイナミックレンジ変換処理部１８ｌは、上記のテーブルに基づいてダイナミックレンジ変換処理を実行する（ステップＳ４６）。ステップＳ４６の処理内容は後述する。
【０１２２】
続いて、計測時のステレオ光学アダプタと挿入部２０との位置関係に応じて環境データを補正するキャリブレーションが実行される（ステップＳ４７）。ステップＳ４７の処理内容は図２３のステップＳ２５の処理内容と同様である。ただし、本実施形態では、アライメントマークではなく、マスク形状抽出部１８ｇが抽出したマスクの形状に基づいて処理が実行される。続いて、ステレオ計測が実行される（ステップＳ４８）。ステップＳ４８の処理内容は図１３のステップＳ１８の処理内容と同様である。ユーザによって、ステレオ計測機能の終了指示が入力される（ステップＳ４９）と、計測が終了する。
【０１２３】
以下、ステップＳ４６の処理内容を説明する。図５０は、本実施形態で使用するダイナミックレンジ変換用のテーブルの内容を示している。横軸は変換前の画像（入力画像）の輝度（０〜２５５）を示し、縦軸は変換後の画像（出力画像）の輝度（０〜２５５）を示している。低輝度領域はマスク領域と計測領域（低輝度）に分けられている。マスク領域とは、計測画像内に映ったマスクの領域のことであり、ほとんど０に近い輝度で占められている。計測領域（低輝度）とは、計測画像内に映ったマスク領域以外の計測領域のうち、低輝度側に属する領域のことである。ダイナミックレンジ変換処理によって、マスク領域の輝度が引き下げられ、計測領域（低輝度）の輝度が持ち上げられる。低輝度領域以外の高輝度領域は、計測画像内に映った計測領域のうち、高輝度側に属する領域である。
【０１２４】
図５１（ａ）はダイナミックレンジ変換処理前の計測画像を示し、図５１（ｂ）はダイナミックレンジ変換処理後の計測画像を示している。図５１（ａ）では左画像５１００ａおよび右画像５１００ｂの背景の輝度は、図５０に示した計測領域（低輝度）に属する。このため、ダイナミックレンジ変換処理により、図５１（ｂ）に示すように、左画像５１００ａおよび右画像５１００ｂの背景の輝度が持ち上げられる。この結果、マスク５１１０と左画像５１００ａおよび右画像５１００ｂの境界がはっきりする。この計測画像を用いることにより、白画像と同様に、マスクの形状を抽出することが可能となる。
【０１２５】
上述したように、本実施形態によれば、第１の実施形態等と同様に、最初のキャリブレーション後にステレオ光学アダプタと挿入部２０との位置関係に変化が生じた場合でも、計測精度の低下を防止することができる。また、ダイナミックレンジ変換処理によって、マスクの形状をはっきりさせることが可能となるので、キャリブレーションの精度を向上することができる。さらに、取得できる画像が白画像でなくてもキャリブレーションを実行することができる。さらに、本実施形態は、従来の内視鏡装置に対するソフトウェアの変更のみで実現することができる。
【０１２６】
本実施形態では計測画像からマスク形状を抽出しているが、第２〜第５の実施形態と同様に計測画像からアライメントマークを抽出してもよい。
【０１２７】
（第７の実施形態）
次に、本発明の第７の実施形態を説明する。図５２は、本実施形態による計測処理部１８の構成を示している。図２に示した構成と同一の構成には同一の符号を付与し、説明を省略する。本実施形態では、複数枚の計測画像（学習用画像）の重ね合わせ処理（合成処理）を実行する重ね合わせ処理部１８ｍが設けられている。
【０１２８】
以下、本実施形態の計測方法を説明する。図５３に示すように、ユーザによって挿入部２０の先端部２１にステレオ光学アダプタが接続される（ステップＳ５１）。続いて、制御部１８ａは、ステレオ光学アダプタに対応した環境データを記憶部１８ｆから読み出す（ステップＳ５２）。記憶部１８ｆから読み出された環境データは、制御部１８ａによって歪補正テーブル演算部１８ｉへ出力される。続いて、計測対象物を被写体とした計測画像の撮像が開始され、画像取得部１８ｂは映像信号処理回路１２から画像データを取得する（ステップＳ５３）。制御部１８ａは、画像取得部１８ｂが取得した画像データを学習用画像データとして記憶部１８ｆに格納する（ステップＳ５４）。
【０１２９】
続いて、制御部１８ａは、計測画像の撮像を終了するか否かを判断する（ステップＳ５５）。このステップＳ５５では、より具体的には、例えば計測画像の重ね合わせ処理に必要な所定枚数を基準として、所定枚数の計測画像を撮像したか否かの判断が行われる。計測画像の撮像を終了しないと判断した場合には、制御部１８ａはステップＳ５３に処理を移行させる。また、計測画像の撮像を終了すると判断した場合には、制御部１８ａは、ユーザによるステレオ計測機能の起動指示の入力待ち状態となる。本実施形態では、複数枚の計測画像を取得するが、各計測画像を取得するときに、撮像する被写体の箇所や、アングル、照明条件を変えることがより望ましい。
【０１３０】
計測画像の撮像が終了した後、ユーザによって、ステレオ計測機能の起動指示が入力される（ステップＳ５６）と、計測時のステレオ光学アダプタと挿入部２０との位置関係に応じて環境データを補正するキャリブレーションが実行される（ステップＳ５７）。ステップＳ５７の処理内容は後述する。続いて、ステレオ計測が実行される（ステップＳ５８）。ステップＳ５８の処理内容は図１３のステップＳ１８の処理内容と同様である。ユーザによって、ステレオ計測機能の終了指示が入力される（ステップＳ５９）と、計測が終了する。
【０１３１】
図５４はステップＳ５７の処理内容を示している。マスクの形状を抽出する画像処理を行う領域である画像処理領域の位置やサイズの情報は予め記憶部１８ｆに格納されているものとする。制御部１８ａは、複数の学習用画像データを記憶部１８ｆから読み出して重ね合わせ処理部１８ｍへ出力する（ステップＳ５７１）。重ね合わせ処理部１８ｍは、これらの学習用画像データを合成する重ね合わせ処理を実行する（ステップＳ５７２）。ステップＳ５７２の処理内容は後述する。重ね合わせ処理によって生成された画像データは、制御部１８ａによって、適宜、計測点指定部１８ｃ、マッチング演算部１８ｄ、３次元座標演算部１８ｅ、マスク形状抽出部１８ｇ、および歪補正テーブル演算部１８ｉへ出力される。
【０１３２】
マスク形状抽出部１８ｇは、画像データに基づく画像のうち画像処理領域の画像からマスクの形状を抽出する（ステップＳ５７３）。マスク形状抽出部１８ｋが抽出したマスク形状の情報は、制御部１８ａによってマスク位置演算部１８ｈへ出力される。マスク位置演算部１８ｈは、マスク形状の情報に基づいてマスク位置情報を生成する（ステップＳ５７４）。ステップＳ５７４の処理内容は図２４のステップＳ２５３の処理内容と同様である。マスク位置演算部１８ｈが生成したマスク位置情報は、制御部１８ａによって歪補正テーブル演算部１８ｉへ出力されると共に環境データの一部として記憶部１８ｆに格納される。上記のように、環境データに含まれるマスク位置情報が、計測時の再度のキャリブレーションにより補正されることになる。
【０１３３】
歪補正テーブル演算部１８ｉは、ステップＳ５７４で生成されたマスク位置情報に基づいて歪補正テーブルの再計算を行う（ステップＳ５７５）。ステップＳ５７５の処理内容は図２４のステップＳ２５４の処理内容と同様である。歪補正テーブル演算部１８ｉが生成した歪補正テーブルは、制御部１８ａによって環境データの一部として記憶部１８ｆに格納される。上記のように、環境データに含まれる歪補正テーブルが、計測時の再度のキャリブレーションにより補正されることになる。
【０１３４】
図５５はステップＳ５７２の処理内容を示している。学習用画像５５００ａでは左画像および右画像の左上部で背景が明るく、学習用画像５５００ｂでは、左画像および右画像の右上部で背景が明るく、学習用画像５５００ｃでは、左画像および右画像の下部で背景が明るい。背景が明るい部分では、マスクと左画像および右画像との境界がはっきりしている。一方、背景が暗い部分では、マスクと左画像および右画像との境界がはっきりしない。学習用画像５５００ａ，５５００ｂ，５５００ｃのいずれにおいても、マスクと左画像および右画像との境界がはっきりしない部分がある。
【０１３５】
画像５５１０は、学習用画像５５００ａ，５５００ｂ，５５００ｃを重ね合わせた（合成した）画像である。重ね合わせ処理の際には、いずれかの学習用画像を基準画像として、他の学習用画像から所定の閾値以上の輝度を有する画素のみを取り出し、基準画像の同位置の画素の輝度に対して、取り出した画素の輝度を加算する。また、加算により輝度が飽和した画素は白画素とする。このようにして生成した画像５５１０では、マスクと左画像および右画像との全体の境界がはっきりしている。この画像５５１０を用いることにより、白画像と同様に、マスクの形状を抽出することが可能となる。
【０１３６】
上述したように、本実施形態によれば、第１の実施形態等と同様に、最初のキャリブレーション後にステレオ光学アダプタと挿入部２０との位置関係に変化が生じた場合でも、計測精度の低下を防止することができる。また、重ね合わせ処理によって、マスクの形状をはっきりさせることが可能となるので、キャリブレーションの精度を向上することができる。さらに、取得できる画像が白画像でなくてもキャリブレーションを実行することができる。さらに、本実施形態は、従来の内視鏡装置に対するソフトウェアの変更のみで実現することができる。
【０１３７】
本実施形態では計測画像からマスク形状を抽出しているが、第２〜第５の実施形態と同様に計測画像からアライメントマークを抽出してもよい。
【０１３８】
（第８の実施形態）
次に、本発明の第８の実施形態を説明する。図５６は、本実施形態による計測処理部１８の構成を示している。図２に示した構成と同一の構成には同一の符号を付与し、説明を省略する。本実施形態では、計測画像から、後述するマッチングラインを算出するマッチングライン演算部１８ｎが設けられている。
【０１３９】
図５７を参照しながら、前述した光学データについて再度説明する。光学データには、光学データ生成時の左側光学系５７００ａおよび右側光学系５７００ｂの歪中心５７１０ａ，５７１０ｂ（図５７（ａ））が含まれている。また、光学データには、光学データ生成時のマスクライン５７２０（図５７（ａ））の情報がマスク位置情報として含まれている。
【０１４０】
ここで、本実施形態における第１の仮定および第２の仮定を説明する。左右の光学系とマスクはステレオ光学アダプタ内で固定されているので、ステレオ光学アダプタと挿入部２０との位置関係に関わらず、左右の光学系とマスクとの位置関係は一定である。このため、歪中心５７１０ａ，５７１０ｂを通るセンターライン５７３０（図５７（ｂ））とマスクライン５７２０が成す角度θ（センターライン５７３０−マスクライン５７２０間の角度θ）は常に一定であると考えられる。以上が第１の仮定である。本実施形態では、この角度θの値も光学データに含まれているものとする。
【０１４１】
また、ステレオ光学アダプタと挿入部２０の先端部２１は共にねじ構造を有しており、ステレオ光学アダプタと挿入部２０との間に発生する位置ずれは回転方向の位置ずれである。このため、図５８に示すマスク中心５８００の位置は、ステレオ光学アダプタと挿入部２０との位置関係に関わらず、常に一定であると考えられる。以上が第２の仮定である。
【０１４２】
本実施形態における計測方法は、図２３に示した、第１の実施形態における計測方法と同様である。ただし、キャリブレーション方法が第１の実施形態とは異なる。
【０１４３】
図５９は、本実施形態におけるキャリブレーションの内容を示している。制御部１８ａは計測領域内のサンプル点の座標を記憶部１８ｆから読み出し、マッチング演算部１８ｄおよびマッチングライン演算部１８ｎへ出力する（ステップＳ６０１）。サンプル点は、例えば図６０（ａ）に示すサンプル点Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４のように左画像内の計測領域の中央付近に設定すればよい。図６０（ａ）ではサンプル点は４つであるが、９点や１６点など、サンプル点の数はさらに多くてもよい。上記のサンプル点の座標は予め記憶部１８ｆに格納されているものとする。
【０１４４】
マッチング演算部１８ｄは、前述したマッチング処理により、左画像内の計測領域のサンプル点Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４に対応した右画像内の計測領域のサンプル点Ｐ１’，Ｐ２’，Ｐ３’，Ｐ４’の座標を算出する（ステップＳ６０２）。マッチング演算部１８ｄによって算出されたサンプル点Ｐ１’，Ｐ２’，Ｐ３’，Ｐ４’の座標は、制御部１８ａによってマッチングライン演算部１８ｎへ出力される。マッチングライン演算部１８ｎは、サンプル点Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４，Ｐ１’，Ｐ２’，Ｐ３’，Ｐ４’の座標に基づいてマッチングラインを算出する（ステップＳ６０３）。
【０１４５】
具体的には、マッチングライン演算部１８ｎは以下の演算を実行する。まず、マッチングライン演算部１８ｎはサンプル点Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４の重心Ｐ０およびサンプル点Ｐ１’，Ｐ２’，Ｐ３’，Ｐ４’の重心Ｐ０’の座標を算出する（図６０（ｂ））。続いて、マッチングライン演算部１８ｎは、重心Ｐ０，Ｐ０’を通るマッチングライン６０００を算出する（図６０（ｃ））。マッチングライン６０００の情報は、制御部１８ａによってマスク位置演算部１８ｈへ出力される。
【０１４６】
ここで、本実施形態の第３の仮定を説明する。上述したマッチングラインは、左右の計測領域の対応点同士を結んだ直線であるので、計測時の左右の光学系の歪中心を結んだセンターラインとほぼ同じ角度を有すると考えられる。また、前述した第１の仮定より、センターライン−マスクライン間の角度は常に一定であると考えられる。したがって、光学データ生成時のセンターライン−マスクライン間の角度と計測時のマッチングラインの角度（≒計測時のセンターラインの角度）とから、計測時のマスクラインの角度を求めることができると考えられる。以上が本実施形態の第３の仮定である。
【０１４７】
上述したステップＳ６０３に続く処理の内容は以下の通りである。制御部１８ａは、記憶部１８ｆに格納されている光学データからセンターライン−マスクライン間の角度を読み出し、マスク位置演算部１８ｈへ出力する（ステップＳ６０４）。また、制御部１８ａは、記憶部１８ｆに格納されている光学データからマスク中心の座標を読み出し、マスク位置演算部１８ｈへ出力する（ステップＳ６０５）。
【０１４８】
マスク位置演算部１８ｈは、上記の情報からマスク位置情報を生成する（ステップＳ６０６）。具体的には、マスク位置情報は以下のようにして生成される。前述した第３の仮定に基づいて、光学データ生成時のセンターライン−マスクライン間の角度６０３０（図６０（ｄ））と計測時のマッチングライン６０００の角度とから、計測時のマスクライン６０２０の角度が求められる。
【０１４９】
角度６０３０として、ステップＳ６０４で読み出されたセンターライン−マスクライン間の角度が使用される。また、前述した第２の仮定よりマスク中心６０４０の座標は一定であるため、計測時のマスクライン６０２０は、マスク中心６０４０を通ると共に、計測時のマッチングライン６０００に対して、角度６０３０を有する直線として算出される。計測時のマスク中心の座標（＝光学データ生成時のマスク中心６０４０の座標）およびマスクラインの角度を含むマスク位置情報は、制御部１８ａによって歪補正テーブル演算部１８ｉへ出力されると共に環境データの一部として記憶部１８ｆに格納される。上記のように、環境データに含まれるマスク位置情報が、計測時の再度のキャリブレーションにより補正されることになる。
【０１５０】
歪補正テーブル演算部１８ｉは、ステップＳ５６３で生成されたマスク位置情報に基づいて歪補正テーブルの再計算を行う（ステップＳ６０６）。ステップＳ６０６の処理内容は図２４のステップＳ２５４の処理内容と同様である。歪補正テーブル演算部１８ｉが生成した歪補正テーブルは、制御部１８ａによって環境データの一部として記憶部１８ｆに格納される。上記のように、環境データに含まれる歪補正テーブルが、計測時の再度のキャリブレーションにより補正されることになる。
【０１５１】
本実施形態におけるマスク位置情報の生成方法は、前述した３つの仮定に基づいているが、本方法が有効であることが、実験的にも確かめられている。図６１（ａ）はタービンブレードの計測結果を示し、図６１（ｂ）はパイプ内部の変色部の計測結果を示し、図６１（ｃ）はパイプ内部の陥没部の計測結果を示している。
【０１５２】
補正前の計測結果は、ステレオ光学アダプタと挿入部２０との位置関係にずれが生じている状態で、環境データを補正せずに計測を行った結果を示している。また、補正後の計測結果は、同じずれが生じている状態で本実施形態の方法により生成した環境データを用いて計測を行った結果を示している。また、理想値の計測結果は、従来の方法により生成した環境データを用いて計測を行った結果を示している。各計測結果は、同じ計測画像上の同じ計測点を指定して２点間距離を算出した結果を示している。全ての計測結果において、補正前と補正後の計測結果が大きく異なっているが、補正後の計測結果は理想値に近づくことが分かる。よって、本実施形態におけるマスク位置情報の補正方法は実際に有効であると言える。
【０１５３】
上述したように、本実施形態によれば、第１の実施形態等と同様に、最初のキャリブレーション後にステレオ光学アダプタと挿入部２０との位置関係に変化が生じた場合でも、計測精度の低下を防止することができる。また、本実施形態は、従来の内視鏡装置に対するソフトウェアの変更のみで実現することができる。
【０１５４】
（第９の実施形態）
次に、本発明の第９の実施形態を説明する。本実施形態は、キャリブレーションを高速化するものであり、上記の各実施形態で説明した計測方法に本実施形態を適用することが可能である。また、従来の計測方法に本実施形態を適用することも可能である。本実施形態による計測処理部１８の構成は、例えば図２に示した構成と同様である。
【０１５５】
以下、本実施形態の計測方法を説明する。図６２に示すように、ユーザによって挿入部２０の先端部２１にステレオ光学アダプタが接続される（ステップＳ７１）。続いて、制御部１８ａは、ステレオ光学アダプタに対応した環境データを記憶部１８ｆから読み出す（ステップＳ７２）。記憶部１８ｆから読み出された環境データは、制御部１８ａによってマッチング演算部１８ｄへ出力される。続いて、計測画像の撮像が開始され、画像取得部１８ｂは映像信号処理回路１２から画像データを取得する（ステップＳ７３）。画像取得部１８ｂが取得した画像データは、制御部１８ａによって、適宜、計測点指定部１８ｃ、マッチング演算部１８ｄ、３次元座標演算部１８ｅ、および歪補正テーブル演算部１８ｉへ出力される。
【０１５６】
ユーザによって、ステレオ計測機能の起動指示が入力される（ステップＳ７４）と、計測時のステレオ光学アダプタと挿入部２０との位置関係に応じて環境データを補正するキャリブレーションが実行される（ステップＳ７５）。ステップＳ７５の処理内容は、前述したキャリブレーションのいずれかと同様である。ただし、ステップＳ７５では歪補正テーブルの再計算は行われない。続いて、ステレオ計測が実行される（ステップＳ７６）。ステップＳ７６においては、歪補正テーブルの再計算も行われる。ユーザによって、ステレオ計測機能の終了指示が入力される（ステップＳ７７）と、計測が終了する。
【０１５７】
以下、図６３を参照しながら、ステップＳ７６の処理内容を説明する。まず、液晶モニタ５またはフェイスマウントディスプレイ６に表示された計測画面上において、リモートコントローラ４あるいはＰＣ３１の操作により、ユーザが計測点を指定すると、指定された計測点の情報が計測処理部１８に入力される（ステップＳ７６１）。
【０１５８】
計測点指定部１８ｃは、入力された計測点の情報に基づいて計測点の２次元座標を算出する。計測点指定部１８ｃが算出した計測点の２次元座標は、制御部１８ａによってマッチング演算部１８ｄおよび歪補正テーブル演算部１８ｉへ出力される。歪補正テーブル演算部１８ｉは、ステップＳ７５で生成されたマスク位置情報に基づいて歪補正テーブルの再計算を行う（ステップＳ７６２）。ステップＳ７６２の処理内容は後述する。このとき、歪補正テーブルの再計算は、計測領域全体に対してではなく、指定された計測点の周囲の領域に対してのみ行われる。これによって、歪補正テーブルの再計算を行う領域は、後述するテンプレートマッチング処理に必要な分だけに抑えられる。
【０１５９】
続いて、マッチング演算部１８ｄは、画像取得部１８ｂが取得した画像データと環境データを用いて、前述したマッチング処理により、左画像上の計測点に対応する右画像上のマッチング点の２次元座標を算出する（ステップＳ７６３）。ステップＳ７６３の処理内容は後述する。計測点およびマッチング点の２次元座標は、制御部１８ａによって３次元座標演算部１８ｅへ出力される。３次元座標演算部１８ｅは、計測点およびマッチング点の２次元座標に基づいて、計測点に対応した被写体上の位置の３次元座標を算出する（ステップＳ７６４）。制御部１８ａは、３次元座標演算部１８ｅが算出した３次元座標の情報を含むグラフィックデータを生成し、映像信号処理部１２へ出力する。これによって、計測画面に計測結果が表示される（ステップＳ７６５）。
【０１６０】
以下、図６４を参照しながら、ステップＳ７６２の処理内容を説明する。図６４は計測画像を示している。まず、歪補正テーブル演算部１８ｉは、環境データに含まれる歪補正テーブルに基づいて左歪座標系６４００ａおよび右歪座標系６４００ｂ（図６４（ａ））を設定する。環境データの生成時と計測時とでマスクの位置が異なっているため、左歪座標系６４００ａ上の点Ｐ１に対応する右歪座標系６４００ｂ上の点は、同じ座標上の点Ｐ１’ではないことが分かる。そこで、歪補正テーブル演算部１８ｉは、環境データに含まれるマスク位置情報と、ステップＳ７５で生成したマスク位置情報とに基づいて、歪補正テーブルを再計算する。
【０１６１】
図６４では、環境データの生成時と比較して、左画像が上方向に移動し、右画像が下方向に移動している。このため、歪補正テーブル演算部１８ｉは、左歪座標系６４００ａを矢印６４１０ａが示す方向に移動させるように補正すると共に、右歪座標系６４００ｂを矢印６４１０ｂが示す方向に移動させるように補正する。このようにして、左歪座標系６４２０ａおよび右歪座標系６４２０ｂが算出される。歪補正テーブルの再計算後には、左歪座標系６４２０ａ上の点Ｐ１に対応する右歪座標系６４２０ｂ上の点は、同じ座標上の点Ｐ１’であることが分かる（図６４（ｂ））。また、歪座標系の計算および歪補正テーブルの再計算は、点Ｐ１，Ｐ１’の周囲の領域６４３０ａ，６４３０ｂでのみ行われる（図６４（ｃ））。
【０１６２】
以下、図６５および図６６を参照しながら、ステップＳ７６３の処理内容を説明する。図６５（ａ）は計測画像を示している。左歪座標系６５００ａの点Ｐ１に対応する右歪座標系６５００ｂの点は点Ｐ１’であるが、これは仮の対応点である。以下のマッチング処理によって、厳密な真の対応点が求まる。まず、マッチング演算部１８ｄは、環境データに含まれる歪補正テーブルを用いて歪補正処理を実行する。歪補正後の画像では点Ｐ１，Ｐ１’はそれぞれ点Ｐ２，Ｐ２’（図６５（ｂ））に対応する。また、歪補正によって、左歪座標系６５００ａおよび右歪座標系６５００ｂはそれぞれ左座標系６５１０ａおよび右座標系６５１０ｂに変換される。
【０１６３】
マッチング演算部１８ｄは、左座標系６５１０ａ上の点Ｐ２を含むテンプレート画像領域６５２０（図６５（ｃ））を設定する。続いて、マッチング演算部１８ｄは、テンプレート画像領域６５２０のテンプレート画像と、テンプレート画像領域６５２０よりも広いマッチング画像領域６５３０（図６５（ｃ））の画像とのテンプレートマッチング処理（正規化相互相関処理）を実行する。
【０１６４】
このとき、マッチング演算部１８ｄは、上記のテンプレート画像領域のテンプレート画像６６００（図６６（ａ））と、マッチング画像領域６６１０（図６６（ａ））の画像のうちテンプレート画像と同じサイズの画像との間で、画像の位置をずらしながら各位置で相関処理を行う。画像同士の相関が最も高い位置Ｍ（図６６（ａ））が真の対応点となる。図６６（ｂ）において、点Ｐ２’’は、点Ｐ２に対応した真の対応点である。マッチング演算部１８ｄは、歪補正の逆変換を行い、点Ｐ２’’に対応した点Ｐ１’’（図６６（ｃ））を求める。この点Ｐ１’’は、点Ｐ１に対応した真の対応点である。
【０１６５】
上述したように、本実施形態によれば、第１の実施形態等と同様に、最初のキャリブレーション後にステレオ光学アダプタと挿入部２０との位置関係に変化が生じた場合でも、計測精度の低下を防止することができる。また、指定された計測点の周囲の領域（マッチング処理対象の領域）についてのみ歪補正テーブルの再計算を行うことによって、画像処理に要する時間が短縮されるので、キャリブレーションを高速化することができる。
【０１６６】
以上、図面を参照して本発明の実施形態について詳述してきたが、具体的な構成は上記の実施形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等も含まれる。例えば、上記の各実施形態の方法により計測時にキャリブレーションを実行し、環境データを補正する内容を説明したが、光学データから環境データを生成するキャリブレーションに対して、上記の各実施形態の方法を適用してもよい。
【図面の簡単な説明】
【０１６７】
【図１】本発明の各実施形態による計測用内視鏡装置の構成を示すブロック図である。
【図２】本発明の各実施形態による計測用内視鏡装置が備える計測処理部の構成を示すブロック図である。
【図３】本発明の各実施形態の前提となる光学データの生成手順を示すフローチャートである。
【図４】本発明の各実施形態の前提となるマスク位置情報の生成方法を説明するための参考図である。
【図５】本発明の各実施形態の前提となるマスク位置情報の生成方法を説明するための参考図である。
【図６】本発明の各実施形態の前提となるチャートの格子点の抽出方法を説明するための参考図である。
【図７】本発明の各実施形態の前提となる歪補正テーブルの算出方法を説明するための参考図である。
【図８】本発明の各実施形態の前提となる環境データの生成手順を示すフローチャートである。
【図９】本発明の各実施形態の前提となるキャリブレーション手順を示すフローチャートである。
【図１０】本発明の各実施形態の前提となるマスク位置情報の生成方法を説明するための参考図である。
【図１１】本発明の各実施形態の前提となるマスク位置情報の生成方法を説明するための参考図である。
【図１２】本発明の各実施形態の前提となる歪補正テーブルの算出方法を説明するための参考図である。
【図１３】本発明の各実施形態の前提となる計測手順を示すフローチャートである。
【図１４】本発明の各実施形態における計測画面を示す参考図である。
【図１５】本発明の各実施形態の前提となるステレオ計測手順を示すフローチャートである。
【図１６】本発明の各実施形態における計測画面を示す参考図である。
【図１７】本発明の各実施形態における計測画面を示す参考図である。
【図１８】本発明の各実施形態の前提となるマッチング処理を説明するための参考図である。
【図１９】本発明の各実施形態の前提となるマッチング処理を説明するための参考図である。
【図２０】本発明の各実施形態の前提となる３次元座標の算出原理を示す参考図である。
【図２１】本発明の第１の実施形態による計測用内視鏡装置が備える計測処理部の構成を示すブロック図である。
【図２２】本発明の第１の実施形態におけるアライメントマークを説明するための参考図である。
【図２３】本発明の第１の実施形態における計測手順を示すフローチャートである。
【図２４】本発明の第１の実施形態におけるキャリブレーション手順を示すフローチャートである。
【図２５】本発明の第１の実施形態におけるマスク位置情報の生成方法を説明するための参考図である。
【図２６】本発明の第１の実施形態におけるアライメントマークを説明するための参考図である。
【図２７】本発明の第１の実施形態におけるマスク位置情報の生成方法を説明するための参考図である。
【図２８】本発明の第２の実施形態による計測用内視鏡装置が備える計測処理部の構成を示すブロック図である。
【図２９】本発明の第２の実施形態におけるステレオ光学アダプタの断面図である。
【図３０】本発明の第２の実施形態におけるステレオ光学アダプタの断面図である。
【図３１】本発明の第２の実施形態におけるステレオ光学アダプタの断面図である。
【図３２】本発明の第２の実施形態におけるステレオ光学アダプタの断面図である。
【図３３】本発明の第２の実施形態におけるステレオ光学アダプタの正面図である。
【図３４】本発明の第２の実施形態におけるアライメントマークを説明するための参考図である。
【図３５】本発明の第２の実施形態における計測手順を示すフローチャートである。
【図３６】本発明の第２の実施形態におけるキャリブレーション手順を示すフローチャートである。
【図３７】本発明の第２の実施形態におけるマスク位置情報の生成方法を説明するための参考図である。
【図３８】本発明の第３の実施形態におけるステレオ光学アダプタの断面図である。
【図３９】本発明の第３の実施形態におけるステレオ光学アダプタの断面図である。
【図４０】本発明の第３の実施形態におけるステレオ光学アダプタの断面図である。
【図４１】本発明の第３の実施形態におけるステレオ光学アダプタの断面図である。
【図４２】本発明の第３の実施形態におけるステレオ光学アダプタの正面図である。
【図４３】本発明の第４の実施形態におけるステレオ光学アダプタの断面図である。
【図４４】本発明の第４の実施形態におけるステレオ光学アダプタの断面図である。
【図４５】本発明の第４の実施形態におけるアライメントマークを説明するための参考図である。
【図４６】本発明の第５の実施形態における光学系の構成を示す構成図である。
【図４７】本発明の第５の実施形態におけるステレオ光学アダプタと挿入部との位置関係を検出する方法を説明するための参考図である。
【図４８】本発明の第６の実施形態による計測用内視鏡装置が備える計測処理部の構成を示すブロック図である。
【図４９】本発明の第６の実施形態における計測手順を示すフローチャートである。
【図５０】本発明の第６の実施形態におけるダイナミックレンジ変換用のテーブルの内容を示す参考図である。
【図５１】本発明の第６の実施形態におけるダイナミックレンジ変換処理の内容を説明するための参考図である。
【図５２】本発明の第７の実施形態による計測用内視鏡装置が備える計測処理部の構成を示すブロック図である。
【図５３】本発明の第７の実施形態における計測手順を示すフローチャートである。
【図５４】本発明の第７の実施形態におけるキャリブレーション手順を示すフローチャートである。
【図５５】本発明の第７の実施形態における重ね合わせ処理の内容を説明するための参考図である。
【図５６】本発明の第８の実施形態による計測用内視鏡装置が備える計測処理部の構成を示すブロック図である。
【図５７】本発明の第８の実施形態における光学データを説明するための参考図である。
【図５８】本発明の第８の実施形態における仮定を説明するための参考図である。
【図５９】本発明の第８の実施形態におけるキャリブレーション手順を示すフローチャートである。
【図６０】本発明の第８の実施形態におけるマスク位置情報の生成方法を説明するための参考図である。
【図６１】本発明の第８の実施形態における計測結果を示すグラフである。
【図６２】本発明の第９の実施形態における計測手順を示すフローチャートである。
【図６３】本発明の第９の実施形態におけるステレオ計測手順を示すフローチャートである。
【図６４】本発明の第９の実施形態における歪補正テーブルの算出方法を説明するための参考図である。
【図６５】本発明の第９の実施形態におけるマッチング処理を説明するための参考図である。
【図６６】本発明の第９の実施形態におけるマッチング処理を説明するための参考図である。
【図６７】ステレオ計測結果の精度を示すグラフである。
【図６８】チャート画像内の格子点間の距離を計測する方法を説明するための参考図である。
【符号の説明】
【０１６８】
１・・・計測用内視鏡装置、１８・・・計測処理部、１８ａ・・・制御部（読出部）、１８ｂ・・・画像取得部、１８ｃ・・・計測点指定部、１８ｄ・・・マッチング演算部（映像信号補正部）、１８ｅ・・・３次元座標演算部（計測処理部）、１８ｆ・・・記憶部、１８ｇ・・・マスク形状抽出部、１８ｈ・・・マスク位置演算部（位置関係検出部）、１８ｉ・・・歪補正テーブル演算部（光学特性補正部、環境データ生成部）、１８ｊ・・・アライメントマーク抽出部、１８ｋ・・・マスク照明制御部、１８ｌ・・・ダイナミックレンジ変換処理部（ダイナミックレンジ変換部）、１８ｍ・・・重ね合わせ処理部（合成部）、１８ｎ・・・マッチングライン演算部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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【図３６】
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【図３７】
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【図３８】
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【図３９】
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【図４０】
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【図４１】
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【図４２】
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【図４３】
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【図４４】
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【図４５】
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【図４６】
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【図４７】
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【図４８】
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【図４９】
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【図５０】
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【図５１】
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【図５３】
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【図５５】
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【図５７】
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【図５８】
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【図５９】
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【図６０】
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【図６１】
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【図６８】
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